«ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ИЛЬЯШ

ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ЕГО

ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Специальность 25.00.36 «Геоэкология» (Науки о Земле) Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук профессор – Косинова И.И.

Воронеж-

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………................. ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ………………………….. 1.1 Структуры центрального типа и представления об их генезисе……

1.2 Мезо- и миниформы центрального типа на территории Воронежской антеклизы………………………………………………………………………………… 1.3 Особенности геологического строения и геоморфологии в зоне сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия……………………………….. ГЛАВА 2. МОРФОГЕНЕЗ ЦИРКУММЕНТОВ…………………………

2.1 Место циркумментов в иерархии форм рельефа………..……………………….. 2.2 Структуры центрального типа (СЦТ)…………………………………

2.3 Общая характеристика циркумментов…………………………………………….. 2.4 Циркумменты второго и третьего типов………………………………………….. 2.5 Циркумменты четвертого типа………………………

2.6 Модели образования циркумментов и их систем………………………………….

ГЛАВА 3. ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД

ВЫЯВЛЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛОВИЙ……………………………………………………………………………….. 3.1 Циркумментно – морфологический анализ, как метод изучения экологогеодинамических явлений ……………………………………………………………… 3.2 Связь циркумментов с геологическими структурами и активными тектоническими зонами ………………………………………………………………... 3.3 Прямые признаки современной геодинамической активности на участках развития циркумментов…………………………………………

3.4 Циркумментно – морфологический анализ, как метод выявления экологогеохимических аномалий……………………………………………………………….. 3.5 Циркумменты, как индикаторы месторождений полезных ископаемых……………………………………………………………………………... 3.6 Методика районирований территорий на основе основе метода ЦМА………….

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЛИПЕЦКОЙ

ОБЛАСТИ НА ОСНОВЕ ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА……………………………………………………………………………….. 4.1 Региональные особенности распространения циркумментов, как отражение геодинамической активности территории ……………………………………………. 4.2 Районы наибольшего эколого-геологического напряжения …………………….. 4.3 Эколого-геологическое районирование Липецкой области……………………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………. СПИСОК ИСПОЛЬЗЛВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………..

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Карта морфоструктур, выделенных на основе циркументно-морфологического анализа (территория Липецкой и Воронежской областей). Масштаб 1:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Современные дистанционные методы изучения земной поверхности дают возможность значительно ускорить и вместе с тем увеличить достоверность геологического изучения как открытых, так и закрытых территорий. Они широко используются при морфологическом анализе, который особенно эффективен для выявления линеаментов и кольцевых структур. Однако, как показал обзор опубликованных данных, среди последних у геологов вызывают интерес лишь достаточно крупные объекты, которые сами по себе являются элементами геолого-структурного каркаса территорий. Нами предлагается новый вариант морфологического анализа, который назван циркумментноморфологическим. Под циркумментами предлагается понимать замкнутые изометричной формы депрессии просадочной природы с размерностью ранга микроформ рельефа. Приводятся доказательства того, что они являются особым типом форм, которые образуются благодаря экзогенным процессам, но при инициации эндогенными силами на поднятиях разного ранга. Данный метод дает возможность более точного выявления неотектонических структур, участков проявления активных новейших движений, что может значительно увеличить эффективность и объективность глубинного геологического картирования, а также и эколого-геологических исследований.

Отмечено, что в ряде случаев циркумменты пытаются использовать под промышленную и даже жилую застройку. Местами делаются попытки их осушения с дальнейшей распашкой под технические и зерновые культуры, однако практика показывает, что урожайность на них не покрывает затрат. В данной работе на конкретных примерах показано, что делать это не только нецелесообразно, а порой просто опасно для здоровья и самой жизни. Эти структуры представляют собой особого рода геодинамические и геохимические системы, которые являются проводниками глубинной энергии и вещества, и сами могут генерировать негативные явления.

Площади их развития сопровождаются усилением экзогенных геодинамических процессов, химической деградацией почвенного покрова, загрязнением подземных водоносных горизонтов тяжелыми металлами, солевыми компонентами, повышенной эманацией радона. Вместе с тем, как известно из теории и практики геологической науки, подобные участки напряженного состояния земной коры, где создаются высокоградиентные перепады условий миграции вещества, являются местами скопления полезных ископаемых В этой связи, данная работа решает две научные задачи теоретического и прикладного плана.

Задача первого направления – это углубление знаний в области понимания синергетических взаимоотношений между процессами внутренней геодинамики и ландшафтообразующими процессами, соотношением геологических структур и рельефа.

результативного, доступного, и относительно недорогого экспресс-метода инженерно-экологических изысканий, базирующегося на анализе закономерностей пространственного развития циркумментов как индикаторов площадей повышенной активности геодинамических и сопутствующих процессов.

Объект исследования - просадочные микроструктуры центрального типа (циркумменты), распространенные в зоне сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия.

Предмет исследований - комплекс закономерностей формирования пространственной структуры систем просадочных депрессий в рельефе, как индикаторов активных неотектонических структур и связанных с ними эколого-геологических аномалий.

Цель работы – разработка методологической основы повышения эффективности инженерно-экологических изысканий при проектировании объектов строительства и в первую очередь опасных и особо опасных.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Определить идентификационные и дешифровочные признаки объектов исследования (циркумментов);

2. Выявить факторы, способствующие развитию циркумментов путем анализа ландшафтных подсистем территории сопряжения ОДВ и СРП:

рельефа, гидросети, литологии, почвенно-растительного покрова, особенностей геологического строения.

3. Обосновать методологические основы циркумментноморфологического анализа 4. Разработать алгоритм применения циркумментно-морфологического анализа;

5. Провести мелкомасштабное эколого-геологическое районирование территории Липецкой области на основе циркумментно-морфологического анализа.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих позициях:

1. Обосновано выделение в ряду кольцевых структур особого их типа низшего ранга – циркумментов, как депрессионных микроформ рельефа, созданных экзогенными процессами, но инициированных тектоногенезом.

Выявлены закономерности распространения циркумментов в связи с особенностями геоморфологического и геологического строения зоны сопряжения ОДВ и СРП. Установлены признаки, указывающие на связь циркументов с активизированными геологическими структурами.

2. Предложены и обоснованы модели образования и развития разных типов циркумментов.

3. Выявлена пространственная и генетическая связь контрастных гидрохимических и литогеохимических аномалий железа и марганца, радоновых аномалий с участками развития циркумментов, 4. Разработана методика циркумментно-морфологического анализа применительно к задачам эколого-геологического районирования Практическая значимость работы:

1. Разработанный метод ЦМА может быть применим при достоверность и эффективность геологоразведочных работ.

2. Метод может использоваться для решения оценочных и прогнозных задач инженерно-экологических изысканий при проектирования и строительства.

Фактический материал. Исходными материалами для решения поставленных задач явились результаты натурных, картографических и аналитических исследований, проведенных лично автором в период с 2007по 2013 гг., систематизированных в период обучения в аспирантуре с 2011 по 2013гг. Научно-исследовательское направление было выбрано автором в 2005 г., работа выполнялась в период с 2005 по 2013 гг.

Для разработки модели морфогенеза циркументов привлекались картографические материалы, составленные разными авторами в разные годы, в том числе карты: геоморфологические, четвертичных отложений, дочетвертичных отложений, геологические карты докембрия, неотектонические карты, геофизические карты (магнитного, гравитационного поля, сейсмоактивности). Использованы фондовые данные по геохимии подземных вод в количестве 3500 анализов; физикомеханических свойства грунтов (310 анализов). Получены аналитические данные собственного пробоотбора по почвенным и грунтовым водам в количестве 260 проб; 5) выполнены замеры объемной активности радона в грунтах (456 пунктов наблюдений из них 36 по профилям циркументов); 6) изучен зерновой и минеральный состав литологических проб (70).

Проведены комплексные (морфометрические, литологические, ботанические, геохимические) обследования 430 циркументов на территории Воронежской и Липецкой областей с детальным изучением ландшафтно-геологических особенностей их развития на ключевых участках.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ (в том числе 3 в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ).

Апробация результатов исследований по теме диссертации. О результатах исследований автором работы делались доклады на: научных сессиях Воронежского государственного университета (секция экологической геологии) в 2011-2012 годах; XXIII молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца (Петрозаводск, 2012 г.); второй молодежной научной конференции «Школа экологических перспектив» (Воронеж, ВГУ, 2013); научной конференции «Ломоносовские чтения» (секция геология, подсекция инженерная и экологическая геология, Москва, МГУ, 2013 г.); на третьей международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (г. Воронеж, ноябрь 2013г.), на второй Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрогеологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий (Екатеринбург,9-12 декабря 2013).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемых литературных источников ( наименования), 109 рисунков, 11 таблиц, 1 графическое приложение.

Положения, выносимые на защиту:

1. Генезис и закономерности распространения циркумментов, как особого типа кольцевых структур низшего ранга, развивающихся под действием экзогенных, но инициированных эндогенными процессами.

Циркумменты распространены на дневной поверхности, в зоне сочленения крупных блоков земной коры, где возникают как центры дислокаций в очаговых разуплотнениях над растущими поднятиями. Для их развития наиболее благоприятны территории аллювиальных равнин.

представляющая собой ряд технологических операций получения и обработки информации о пространственном развитии циркументов, как индикаторов современных тектонических движений и связанных с ними эколого-геологических процессов и явлений.

3. Эколого-геологическое районирование территории сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия. Выделено три сектора развития ансамблей циркументов. В их пределах обозначен ряд участков наиболее напряженного динамического состояния, представляющих площади неблагоприятной эколого-геологической обстановки. Произведена комплексная эколого-геологическая оценка Липецкой области, на базе которой составлена карта экологического районирования с рекомендациями по рациональному использованию выделенных районов.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, профессору Ирине Ивановне Косиновой за неизменную поддержку, высококвалифицированные консультации и доброжелательное отношение на всех этапах работы. Искреннюю признательность автор выражает проф. О.В. Базарскому, проф. В.М.

Ненахову, проф. А.И. Трегубу, доц. А.А Валяльщикову, доц. К.Ю. Силкину, всему коллективу кафедры экологической геологии Воронежского госуниверситета; сотрудникам факультета геологии и геофизики Уральского государственного горного университета проф. О.Н. Грязнову, проф. О.М.

Гуман, проф. А.Б. Макарову за консультации, помощь при сборе фактического материала и замечания, которые способствовали выполнению данной работы.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Структуры центрального типа и представления об их генезисе Структуры центрального типа (СЦТ) обнаруживаются на всех уровнях организации материи, в том числе и в литосфере, где могут иметь разное происхождение при самом широком разбросе размеров [101-103; 106].

Впервые морфоструктуры центрального типа (более широко используется термин "кольцевые структуры") были описаны при изучении кайнозойских вулканов на островах Шотландии геологами Е. Бейли (1909), X.

Ричи (1928), Г. Тиррелем (1931) и др. В 40-е годы внимание ученых привлекли округлые образования в структуре щитов, сложенных древними метаморфическими и интрузивными породами. П. Эскола в 1949 году первым начал изучать подобные структуры на Балтийском щите. Впоследствии такие структуры, связанные с процессом гранитизации, были выявлены почти на всех щитах. Долгое время они относились к редко встречающимся образованиям.

Вопросам генезиса СЦТ значительное внимание уделялось со стороны советских геологов, начало которым положено в работах В.И.Попова, который с 1938 года развивал теорию ядерного формирования земной коры. На территории Центрального Казахстана им было обнаружено множество крупных ядер, тесно связанных между собой. Им были заложены основы теории развития структур центрального типа с возможной трансформацией вертикальных движений в горизонтальные [90]. Значительно расширилось обнаружение СЦТ с началом запуска орбитальных аппаратов. Практически все специалисты по геологическому дешифрированию наряду с линейными структурами разломной природы стали выделять на космических снимках и кольцевые формы. В 60-е годы в западных горных областях США Э.Уиссер обнаружил отчетливо выраженные куполовидные структуры, подчеркнутые рисунком гидросети.

Таким образом, к середине прошлого столетия были заложены представления о существенной роли кольцевых структур в земной коре, выявлены различные типы концентрических образований и отмечена существенная их роль в размещении месторождений полезных ископаемых.

Чаще всего кольцевые структуры выделялись в магматических комплексах пород - лакколиты, купола, кальдеры и другие. Одним из первых подробно рассмотрел механизм их образования А.В. Авдеев [2]. Им выделено три этапа в развитии кольцевых структур: докембрийский, протерозойсконеогеновый и современный. Он один из первых провел сравнение земных и лунных кольцевых форм. Е.В. Свешниковой [102] подчеркивается, что для лунных кольцевых структур характерна большая динамичность центрального ядра. Это принципиально отличает такие структуры от крупных кольцевых образований земной коры. Г.З. Попова впервые подала идею о глубинном происхождении кольцевых структур. Большое значение в образовании кольцевых структур она придает магматическим процессам, неразрывно связанным с динамикой верхней мантии. Она полагает, что СЦТ появляются на ранних этапах формирования базальтовой земной коры [91].

Установление повсеместного развития на земной поверхности кольцевых образований привело многих исследователей к выводу о глобальности процессов их возникновения и огромной роли в формировании структуры земной коры. Е.В.Павловский [82] пришел к выводу, что региональное развитие купольных форм характерно для нуклеарной стадии становления сиалической оболочки и отражает слабую дифференциацию рельефа и малую контрастность тектонических движений. По мнению многих исследователей (А.В. Хабаков, В.Г.Бондарчук, В.В.Белоусов, Н.Н.Страхов, К.П.Флоренский, В.Г.Трифонов и другие), поверхность Земли на ранних ее стадиях развития напоминала современную поверхность Луны, Марса, Меркурия.

Л.И.Салоп в 1971 г., изучая на Алдане купольные формы, предложил механизм возникновения СЦТ корового происхождения "...вследствие более высокой теплопроводности кристаллических пород, на границе фундамента и покрова должно происходить интенсивное накопление тепла, которое, в конце концов, приводило к частичному (селективному) плавлению пород и развитию процессов ультраметаморфизма. По мере продвижения мобилизованного раздвигаемых пород слабеет, и он получает возможность расползаться в стороны. В результате поток метаморфизованных пород приобретает булавообразную и грибовидную форму. Этим объясняется тот факт, что породы вокруг ядер очень многих гнейсовых куполов находятся в опрокинутом залегании" [101, с. 26].

Т.Н.Симоненко [103], на карте аномалий магнитного поля СССР показал, что кольцевые структуры наблюдаются не только в пределах щитов, но и среди более молодых областей завершенной складчатости и даже "просвечивают" сквозь осадочный чехол Восточно-Европейской и Сибирской платформ. И.Н.

магматическими процессами, делают вывод, что происхождение таких структур обусловлено разуплотнением вещества под местным воздействием вертикальных сил [108].

Б.В. Ежов [32] отмечает широкое распространение изометричных аномалий не только на поверхности, но и на самых различных вертикальных "срезах" планеты. Важным в вопросах генезиса является понимание соотношения кольцевых и линейных структур. Отмечается как факт, что кольцевые морфоструктуры, имеющие радиусы от десятков до тысяч километров, могут участвовать в строении линейных образований и, наоборот, во внутреннем строении крупных кольцевых морфоструктур принимают участие линейные структуры в качестве радиальных и концентрических элементов с большим радиусом кривизны.

Большой вклад в изучение СЦТ внесли работы В.В.Соловьева, которые можно считать основополагающими в изучении геоморфологии данных объектов. Среди морфоструктур по геологическим данным и анализу рельефа В.В.Соловьев выделил три типа: положительные (купольные), отрицательные (кольцевые) и переходные (купольно-кольцевые). По размерам они подразделяются на мини-, мезо-, макро- и мегаструктуры. По генезису выделены магматогенные, метаморфогенные и тектоногенные СЦТ. Каждая из групп делится на более мелкие подразделения в зависимости от степени разработки классификационных признаков. Автором указана взаимосвязь генетических типов МЦТ с различными внутренними геосферами по направленную и импульсную энергетическую разрядку отдельных глубинных генерирующих центров. Все разнообразие геологических явлений в пределах МЦТ В.В.Соловьев объясняет упорядоченным тепломассопереносом, осуществляющимся из глубинных энергетических очагов [106].

Большой вклад в изучение МЦТ также внесли работы Г.И.Худякова, А.П.Кулакова, С.М.Тащи, Р.И.Никоновой и др., в которых уточнялось положение о связи радиусов морфоструктур и глубин их заложения. Вносились поправки в классификации по различным признакам. Углублялось представление о связи процессов формирования СЦТ и геофизических оболочек. Ими рассмотрена возможность создания модели пространственной и генетической организации геолого-геоморфологических систем Земли.

Изучению СЦТ закрытых платформенных территорий посвящены работы В.Г. Пронина [92] по данным образованиям в Прикаспийской впадине. Им отмечено совпадение мелких (менее 50 км) кольцевых структур с соляными куполами, межкупольными депрессиями, брахиоскладками платформенного чехла. Кольцевые структуры среднего и крупного диаметра (200-250 км) соответствуют подсолевым сводовым поднятиям.

СЦТ Русской и Туранской плит изучали Г.И. Амурский, В.В.Соловьев, В.А.Буш, Н.Н.Яхимович, В.И. Терехов. Ими установлено, что данные образования соответствуют как структурно выраженным, так и зарождающимся локальным поднятиям платформенного чехла. Л.И. Соловьева, Г.Г. Бурлакова и Б.Я. Пономарев на Сибирской платформе выделяют крупные, сложно построенные концентрические кольцевые структуры, отражающие сводовоблоковые движения, проявившиеся на разных уровнях чехла, фундамента, поверхности Мохоровичича, и связывают с ними месторождения полезных ископаемых, в том числе нефти.

Появление крупных морфоструктур центрального типа на юго-востоке Русской платформы О.Л.Кузнецов, В.В.Муравьев и др. [58,59] объясняют динамическим воздействием глубинных энергопотоков, в результате чего в осадочном чехле возникает система сферических и конических разрывов. Эта система, отпрепарированная на дневной поверхности денудационными процессами, и создает каркас морфоструктур центрального типа. Авторы отмечают, что кольцевые структуры разных размеров создают закономерную иерархию на любой исследованной территории. Каждая структура имеет обычно несколько концентров, внутри которых образуются оперяющие радиальные разломы - рифтогенали. СЦТ чаще всего возникают в узлах пересечения линейных разломов, а так же линейных с кольцевыми. В ряде случаев устанавливаются вертикальные подвижки и смещения по концентрам кольцевых структур, что отражает наличие погружений и грабенообразных прогибов. В целом отмечено, что области развития кольцевых структур приурочены к зонам активизации платформы, при этом в осадочном чехле им чаще всего соответствуют депрессионные формы, заполненные относительно молодыми осадками. С элементами каркаса структур связывается распределение зон нефтегазоносности.

1.2 Мезо- и миниформы рельефа центрального типа на территории Как можно видеть из приведенного обзора по состоянию изученности структур центрального типа, внимание исследователей привлекают лишь крупные структуры на уровне мега- и макроформ. И в то же время некоторые из них обращают внимание на то, что и в осадочном чехле кольцевые структуры разных размеров создают иерархию на любой исследованной территории. В.В.Соловьев по размерам подразделяет их на мини-, мезо-макрои мегаструктуры. [106].

Методология выявления геологических структур и процессов, основанная на изучении рельефа (морфологический метод), имеет длительную историю с длинным списком авторов, внесших в нее свой посильный вклад. Этот метод является важнейшим в неотектонике, где связь геологических структур и рельефа прямая, а через рельеф она отражается и во всех других составляющих ландшафта. В основе метода лежит синергетический принцип нелинейности процессов для открытых систем, но в то же время взаимообусловленности всех подсистем мира.

Одной из таких подсистем ландшафтов Русской равнины являются мезои микроформы рельефа, фигурирующие под разными названиями: западины, степные блюдца и т.п. Они всегда привлекали внимание людей своей необычно правильной круглой формой и тем, что не вписывались в общий рисунок рельефа и гидросети, что могло свидетельствовать об их более позднем наложенном характере. Особенно много их на водоразделах низких равнинах, где последние имеют преимущественно характер плоскоместий, однообразие которых нарушается лишь слабо оформленными ложбинами стока и западинами (блюдцами). И вот как описывает западины Ф.Н Мильков:

«Замечательные формы рельефа плоских водоразделов лесостепной и степной зон – округлые западины, известные под названием блюдец, окладин, осиновых кустов, солодей. Типичные степные блюдца, или западины, представляют собой неглубокие (от 0,3-0,5 до 2,0, реже 3,0 м) понижения правильной округлой формы, с крутыми склонами и плоским, реже воронкообразным днищем диаметром несколько десятков метров (чаще всего 20-50 м).

Встречаются и более крупные западины – диаметром до 100-200 м и более»

[66]. В. В. Докучаев называл блюдца за их оригинальную морфологию «тарелкообразными низинками» и отмечал, что… «на водоразделе ВорсклаПсёл они пестрили степь, как оспа – лицо» [74].

В науке до сих пор не существует общепринятых представлений об их происхождении, хотя по этому поводу высказывались очень многие известные исследователи. Первые письменные упоминания о них обнаруживаются у И. Ф.

Леваковского в 60-х годах позапрошлого столетия [65]. Особенно они привлекли внимание исследователей, занимавшихся изучением лесостепного и степного юга Русской равнины, – В. В. Докучаева, А. А. Измаильского, А. Н.

Краснова, П. А. Тутковского, Г. И. Танфильева. Все их высказывания о происхождении типичных западин можно свести к следующим гипотезам [29,35,121]:

– последняя стадия замывания в степях ложбин стока (Краснов, 1894);

– реликтовые котловины выдувания, образовавшиеся во время отложения лёсса эоловым путем (Тутковский, 1910);

– результат механического воздействия ледниковых вод на поверхность степей (Измаильский, 1893);

– понижения, образовавшиеся в результате выщелачивания солей из почв и грунтов (Ласкарев, 1914);

– понижения, образовавшиеся на месте растаявших льдин, занесенных на водоразделы водно-ледниковыми потоками (Танфильев, 1922);

– просадочные понижения, возникающие в лёссе и лёссовидных суглинках вследствие уменьшения объема и пористости их при смачивании водой (эта гипотеза получила широкое признание среди гидрогеологов);

– наследие мерзлотных явлений (оттаивание грунтовых погребенных льдов) в конце последнего (валдайского) оледенения и в позднеледниковое время (Величко, 1965);

Среди всех перечисленных гипотез нет ни одной, которая бы выходила за рамки рассмотрения экзогенных факторов. Многие из исследователей, в том числе и современных, склоняются к тому, что происхождение западин в той или иной мере связано с материковым оледенением. К ним следует отнести и тех, которые делают акцент на литологию пород, обладающих просадочными свойствами (лессы и лессовидные суглинки) [16-21].

Ф.Н Мильков (1964) предполагает полигенное происхождения западин, выделяет два этапа их образования под влиянием экзогенных процессов. Он пишет: «Несмотря на разный генезис первичных неровностей, все типичные западины обладают своеобразной сходной морфологией, позволившей дать им название блюдец. Следует считать, что в выработке блюдцеобразной формы принимает участие один универсальный процесс – суффозионный вынос химически растворенных и взвешенных частиц застаивающимися на поверхности, а затем фильтрующимися вглубь дождевыми и снеговыми водами. Г. В. Занин, посвятивший специальное исследование географии и генезису блюдец Окско-Донской равнины, поддерживает этот взгляд на их происхождение. Что касается процессов, придающих первичным неровностям блюдцевидную форму, то здесь он на первое место ставит не суффозионный вынос, а абразионную деятельность воды. Определенное значение абразии в формировании склонов блюдец, а иногда и невысокого вала по их окраине отрицать нельзя. Но действие абразии в слабо оформленных понижениях ничтожно, и она одна, без суффозионных процессов, не смогла бы обусловить ни резкость их очертаний, ни их углубление».

В наше время появляются попытки увязать данную форму морфогенеза с глубинными процессами, в том числе и с тектоническими. Растет интерес к этим морфоструктурам в связи с мощным импульсом дистанционных исследований и компьютерных технологий. Ближе всех к тематике защищаемой диссертации следует отнести недавно опубликованные работы Н.А.Вострикова [16-21], касающиеся просадочных процессов и форм проявлениях их в рельефе на Прикубанской равнине. На территории Краснодарского края эти процессы развиты очень широко и приурочены к лёссовидным породам, широко распространенным на равнинной территории.

Делается вывод, что просадочность характерна для лёссов, покрывающих обширные плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас, а в поймах и нижних частях склонов просадки практически отсутствуют. Просадки разделяются на естественные, происходящие при естественном увлажнении, и техногенные. Однако при анализе схемы распространения просадочных форм рельефа, этим автором было обнаружено, что на правобережье р. Кубань западины вытягиваются полосами северного и северо-восточного простирания, и они полностью совпадают с четырьмя поперечными зонами разломов СевероЗападного Кавказа, указанными на карте эпицентров землетрясений Краснодарского края.

Похоже, что это пока единственная работа, где обращается внимание на пространственную связь просадочных форм типа западин с дизъюнктивной тектоникой. Однако в этой работе ничего не говорится о механизме связи между этими явлениями. Более того, в предлагаемой модели образования просадок за счет самых разных причин, (атмосферное увлажнение, нагонная волна с моря, прорыв коммуникаций и пр.), нет нужды в привлечении разломов земной коры.

В работах геологов региона ЦЧО делается попытка увязать просадочные формы рельефа с карстовым процессом, имеющим место в нижних мезозойском и палеозойском структурных этажах, который стимулирует вертикальную суффозию [114, 116]. В монографии А.И. Трегуба по неотектонике ВКМ обращается внимание на то, что размеры западин изменяются в зависимости от положения по отношению к активным неотектоническим структурам [111].

Делая вывод из анализа данных, имеющих отношение к теме диссертации, можно сделать заключение, что проблема происхождения западин на Русской равнине всегда занимала исследователей, но она не решена и по сей день. Рассматривая современные воззрения на их генезис, нельзя оставить без внимания и, кажущиесяе многим экстравагантными гипотезы Ларина В.Н. и Ларина Н.В, в которых происхождение западин увязывается с глубинной водородной дегазацией [162]. Эта идея своими истоками имеет давнюю гипотезу гидридного происхождения Земли, опубликованную В.Н. Лариным еще в 1970 г [63].. Однако, она пока не находит подтверждения экспериментальными данными. И даже тот факт, что в этих западинах чувствительными газоанализаторами обнаруживается «водородное дыхание Земли», еще ни о чем не говорит. Известный отечественный специалист по вопросам дегазации недр В.Л. Сывороткин, справедливо указывает на полигенную природу подобного дыхания, вычленить из которого эндогенную составляющую пока весьма затруднительно.

1.3 Особенности геологического строения и геоморфологии в зоне сопряжения Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия (А.А.Богданов,1963) два мегакомплекса. Нижний составляет докембрийский кристаллический фундамент, а верхний – его осадочный чехол, который включает палеозойский, мезозойский и кайнозойский структурные комплексы.

При этом, как ни покажется странным, лучше известен структурный план наиболее глубокого этажа - докембрийского. Скорее всего, это вызвано более контрастными свойствами пород, слагающих отдельные блоки кристаллического фундамента, что помогало геофизикам более уверенно проводить глубинное картирование. Структурный план кристаллического фундамента в основных своих чертах находит отражение и в осадочном чехле, в том числе и в неотектоническом. Унаследованный характер геологического развития между мегакомплексами отмечали многие исследователи, что отражается даже в определении структур осадочного чехла – штамповые или отраженные (Н.С. Афанасьев, Г.И Раскатов, Л.Т Шевырев, А.И. Трегуб, Г.В.

Холмовой, А.Д. Савко, Н.М. Чернышов и др.) [96, 100, 130].

1.3.1 Геологическое строение и структурно-вещественные комплексы Характеристика геологического строения ВКМ приводится по данным многолетних геологического изучения региона [151-160]. В структуре кристаллического основания Воронежской антеклизы наиболее четко отражены два геодинамических этапа ее развития: карельский, который завершился складчатостью и горообразованием в конце раннего протерозоя (1,9-1,8 млрд.

лет) и позднепротерозойско-рифейский (1650-650 млн. лет), когда окончательно платформенной структуры. Дальнейшее развитие этой территории в фанерозое сводилось к относительно медленным и небольшим по амплитуде (первые сотни метров) вертикальным дифференцированным поднятиям и опусканиям разных ее частей, сопровождавшихся периодическим затоплением морями и континентальных отложений. В итоге был сформирован и осадочный чехол, как верхний геолого-структурный комплекс, ставший основанием природных ландшафтов, на дальнейшее развитие которых впоследствии стала оказывать и хозяйственная деятельность человека, все более ориентирующаяся на использование минеральных ресурсов.

Строение кристаллического фундамента ВКМ является блоковым. В нем.

выделены три основных сопряженных мегаблока, каждый из которых определенное время развивался автономно, поэтому между собой они заметно отличаются [68]. Западный (Курский) мегаблок, судя по датировкам абсолютного возраста, наиболее древний и более глубоко эродированный.

Здесь широко развиты породы архейского возраста, в том числе и древнейшие породы Земли так называемой ассоциации ТТГ (серых гнейсов). Центральный мегаблок (Лосевская шовная зона) интерпретируется как субдукционная структура раннепротерозойского возраста, спаявшая западный и восточный субмеридиональном направлении через Пачелмский авлакоген, огибая часть Волго-Уральского сегмента (Б.М.Демченко, 1995). Она в значительной мере сложена вулканогенными породами. Вдоль нее и в дальнейшем закладывались прогибы, в неотектоническом структурном плане это Салтыковский (до широты Липецка) и южнее - Кривоборский прогиб. В последний вложена долина р. Воронеж. Южнее устья Воронежа Масальский прогиб, сужаясь, переходит в Павловско-Мамонский прогиб, в котором течет р. Дон - главная водная артерия региона.

Структурно-вещественные комплексы кристаллического фундамента ЛШЗ, участвуя в блоково-пликативных дислокациях карельского этапа диастрофизма, имеют меняющуюся S-образную ориентировку своих основных граничных структурных линий, подчиненных положению глубинных разломов первого ранга - Ряжско-Кантемировскому (западному) и Лосевско-Мамонскому (восточному).

Хоперский мегаблок, расположенный восточнее ЛШЗ, существенно отличается своим вещественным наполнением, особенно в приповерхностной части земной коры, где представлен достаточно мощной (до 500 м) выдержанной на значительной территории, ритмично-слоистой толщей песчаниково-сланцевых, не очень сильно метаморфизованных пород воронцовской серии. Последняя подстилается вулканогенно-осадочными образованиями позднеархейского возраста, выполняющих ныне полностью перекрытый протяженный (свыше 700 км) Тамбовско-Чернышевский рифт.

1.3.1.1 Структурно-вещественные комплексы Курского блока Мегаблок КМА (500 х 550 км) имеет сложную конфигурацию. Северовосточная и юго-западная его границы совпадают с границами геоблока ВКМ;

западная граница обращена в сторону Оршанской впадины; восточная ограничивается Лосевской шовной структурой. Этот мегаблок строго автономен, его плотность в целом 2.73-2.83 г/см3. Это выше, чем у сопредельных структур. В состав мегаблока входят позднеархейскораннепротерозойские формации зеленокаменных поясов и рифтогенных структур, огибающих гнейсово-купольные структуры, выделяемых в составе обоянского метаморфического комплекса. Региональная депрессия поля силы тяжести с дополнительными ее понижениями на флангах рифтов согласуется с большей мощностью в целом для мегаблока гранито-гнейсового слоя коры.

Кроме этого, по данным ГСЗ, в верхнем слое коры здесь фиксируются сейсмические волноводы, а в основании метабазитового слоя -- переходный коро-мантийный горизонт.

Складчато-блоковые структуры раннего протерозоя, обнаруживая унаследованность от структурного плана зеленокаменных поясов, фиксируются положительными аномалиями силы тяжести и высокоинтенсивными полосовидными положительными магнитными аномалиями над железистыми полиметаморфизм пород - от зеленосланцевой до гранулитовой фации, формирование на его площади протяженных на десятки-сотни километров узких грабен-синклиналей и накопление в них специфических по составу пород железисто-кремнистой и черносланцевой формаций. В целом мегаблок КМА имеет разломно-блоковое строение с целой серией разновозрастных разломов, уверенно картирующихся по смещению контактов маркирующих горизонтов, специфических вулканогенно-интрузивных формаций и т.д.

1.3.1.2 Структурно-вещественные комплексы Лосевской шовной зоны Архейские или нерасчлененные архейско-протерозойские толщи супракрустальных пород выделены в составе обоянской, михайловской и лосевской серий. В зависимости от состава слагающих ее пород, ЛШЗ гравитационным полем над гранитоидами усманского комплекса и 2) сложными формами гравитационных аномалий над метасоматическими гранитоидами павловского комплекса и кислыми и основными эффузивами лосевской серии и воронежской свиты.

своеобразной структурой. Их своеобразие заключается в структурной подчиненности дугообразным разломам. Породы лосевской серии вместе с рождественским габбровым и усманским гранитоидным комплексами являются продуктами, выполняющими приразломовую часть структуры. Гранитоиды и ультраметаморфическими образованиями по породам архейских обоянской и михайловской серий. Полосовидная форма реликтов и метасоматических гранитоидов вдоль контакта с лосевской серией дает основание рассматривать эти породы как наиболее древний продукт динамического взаимодействия двух мегаблоков.

По имеющимся сейсмическим данным границы Лосевской шовной структуры имеют падение на запад, поэтому обрамляющие Лосевскую шовную структуру разломы рассматриваются как крупные надвиговые структуры, в особенности это касается S - образно изгибающейся ее западной границы.

Геофизическая характеристика мегаблока в целом и его соподчиненных объектов не всегда соответствует приповерхностным их свойствам. Мигматитгранитоидные блоки очень слабо проявляются в уровне гравитационного поля, а более плотные базитовые блоки имеют пониженный уровень. Как структура с наиболее мобильным режимом, она проявилась в завершающий (тафрогенный) этап орогенеза, поскольку именно вдоль ее границ заложились грабенообразные структуры, в которых накапливались вулканогенноосадочные формации воронежкой свиты в раннем протерозое.

Эти сведения, наряду с другими геолого-геофизическими материалами, включая установление под вулканогенно-осадочными протерозойскими толщами ЛШЗ мощного гранито-гнейсового слоя, приводит к следующим выводам:

1. ЛШЗ и ее основные подразделения практически в полном объеме сформированы на максимально деструктивном раннеархейском фундаменте.

2. Позднеархейские и карельские тектоно-магматические процессы сопровождались формированием зеленокаменных поясов и рифтов, мантийным и коровым магматизмом.

3. На каждом из последних этапов активизации коры (подача магматических образований воронежской свиты, ольховского и щукавского комплексов, фанерозойское осадконакопление, жесткие подвижки по зонам разломов, сейсмоактивизация и т.д.) наблюдаются особые формы их выраженности в рельефе, в том числе и образование форм центрального типа (циркумментов).

1.3.1.3 Структурно-вещественные комплексы Хоперского мегаблока Хоперский мегаблок является “тяжелым”- более плотным и менее магнитным. Наиболее глубокое залегание кристаллического фундамента отмечается на востоке – до 600 м (Борисоглебский район). Для сравнения, в районе г. Воронежа кристаллический фундамент вскрыт на глубинах 180— метров. Докембрийские образования представлены архейской и протерозойской акротемами. В пределах территории Липецкой и Воронежской областей Хоперский мегаблок представлен Калачско-Эртильским макроблоком (КЭМ) который, отличается от сопредельных структур по целому ряду позиций.

1. В земной коре КЭМ мощностью 43-46 км наблюдается сокращенная мощность гранито-гнейсового слоя (16-18 км).

2. В отдельных микроблоках этой структуры развиты биотитплагиоклазовые и инъекционные гнейсы эпидот-амфиболитовой фации метаморфизма с четко выраженными признаками их образования в процессе гнейсификации и гранитизации песчанико-сланцевых пород воронцовской серии.

4. В отличие от раннепротерозойских комплексов ЛШЗ воронцовская серия КЭМ формировались в менее напряженном режиме перикратонных впадин. И здесь не накапливались железистые формации, характерные для Курского мегаблока.

5. Синхронные с вмещающей толщей воронцовской серии магматические образования представлены в большей степени интрузивными фациями, в то время как на КМА, ЛШЗ в рифтогенах превалируют вулканогенные их аналоги.

прорывающие воронежскую свиту перидотиты, пироксениты, серпентиниты, габбро щукавского комплекса, а на востоке Воронежской области — наиболее поздние внедрения габбродолеритов (траппов) новогольского комплекса, с возрастом 1805±5 млн. лет, фиксирующие начало платформенного этапа развития региона (возрастной и формационный аналог смородинского комплекса Курского мегаблока). Мегаблоки докембрийского фундамента в пределах Воронежского массива находят свое продолжение и за его границами:

на Украинском щите и Волго-Уральском массиве. Эта общность структурного плана обусловлена образованием на этой территории к концу раннего протерозоя единой крупной структуры — Сарматского кратона.

1.3.2 Стркутурно-формационное и стратиграфическое расчленение Верхний структурный комплекс ВКМ сложен палеозойским, мезозойским и кайнозойским этажами в составе соответствующих структурных ярусов.

Характеристика стратиграфических подразделений осадочного чехла дается на основе региональной стратиграфической шкалы, шкалы местных подразделений, а также обобщающих работ [100].

Палеозойский структурный комплекс отделен от докембрийского резким угловым несогласием, залегая на севере с уклоном в сторону Московской синеклизы, а на юге - ДДВ. В целом наблюдается значительная степень подобия рельефа поверхности фундамента структуре палеозойских образований. Поверхность девонских отложений осложнена структурными перегибами, впадинами и валообразными поднятиями. Эти структуры, как правило, сопровождаются зонами повышенной трещиноватости и нижележащих горизонтов. К примеру, все крупные водозаборы и родники преимущественно северо-восточного направления, как правило, в зонах флексурных перегибов.

Отложения каменноугольной системы также имеют средний наклон слоёв, близкий к наклону поверхности кристаллического фундамента.

выраженным перерывом и угловым несогласием. Кайнозойский структурный этаж представлен двумя структурными подэтажами: палеогеновым и неогенчетвертичным, отделёнными от более древних палеозойских и мезозойских пород чётко выраженным перерывом.

Девонская система Девонские отложения развиты на всей территории Липецкой и Воронежской областей, отсутствуя лишь на крайнем юге последней, и залегают на коре выветривания пород кристаллического фундамента. Выделяются три отдела девонской системы, однако наибольшим развитием пользуются образований колеблется от первых десятков до 400 м.

Каменноугольная система Отложения каменноугольной системы развиты на юге Воронежской области и на севере Липецкой. Их южная денудационная граница проходит вблизи линии Алексеевка—Россошь—Богучар—Калач—Борисоглебск. Они залегают на эрозионной поверхности докембрийского фундамента и, лишь в верхнедевонские образования. Каменноугольная система представлена нижним отделом, в составе которого выделяются турнейский и визейский ярусы.

карбонатными. Общая мощность каменноугольных отложений у границ выклинивания составляет первые метры и быстро нарастает на удалении от нее.

Юрская система Юрские отложения мезозойской эратемы более широко распространены на севере Липецкой области. В Воронежской области они наблюдаются лишь в Острогожском и Репьевском районах, где местами выполняют эрозионные врезы в палеозойских толщах. Юра представлена батским и, возможно, байосским ярусами среднего отдела. В Липецкой области присутствует нижняя часть келловейского яруса, сложенная кварцевыми песками, алевритами и серыми, нередко углистыми, каолиновыми глинами. Пески аллювиальные, обычно косослоистые, разнозернистые, глины озерно-болотные.

Стратиграфической особенностью юрской системы является, так называемый «рудный горизонт», обнаруживаемый местами в Липецкой области в обнажениях и скважинах на водоразделе рек Дон и Воронеж. Горизонт сложен ожелезненными песками и суглинками с псевдоморфозами по остаткам древней болотной растительности, выполненными гетитом и гидрогетитом. Выходы горизонта на поверхность отмечаются в районах с. Ситовка и п. Лев Толстой.

Некогда горизонт имел промышленное значение, как источник железных руд.

Меловая система В ее составе выделяются нижний и верхний отделы. Первый преимущественно сложен песчаными отложения всех ярусов, которые распространены более широко, чем мел-мергельные отложения верхнего отдела. Последние распространенны на СРВ и Калачской возвышенностях на территории Воронежской области.

Палеогеновая система.

Отложения палеогеновой системы имеют развитие преимущественно в Воронежской области, где представлены всеми отделами. В основании разреза залегают фосфатно-железисто-глинистые отложения хоперского горизонта, который рассматривается в качестве раннепалеогеновой коры выветривания по верхнемеловым карбонатным породам. Мощность горизонта в среднем около Неогеновая система Представлена нижним отделом (миоценом) и верхним (плиоценом).

С неогенового периода (23,3 млн. лет назад) начинается новейшая геологическая история региона, которая для значительной площади ВА совершалась уже в континентальных условиях при нарастающем похолодании и иссушении климата. После ухода олигоценового моря на низменной и плоской равнине, наклоненной к югу, заложились первые реки, которые отличались слабо локализованным стоком, неустойчивым руслом и малыми размерами. Они чередовались с мелководными остаточными озерами и раннемиоценовая аллювиальная равнина, переходящая к северу в поверхность возвышенности.

В среднем миоцене произошло резкое понижение базиса эрозии, и в Восточно-Европейской равнины с верховьем севернее г. Москвы. В пределах Воронежской области она прослеживается по линии Жердевка – Грибановка – Борисоглебск - Поворино и далее к югу по левобережью Хопра.

предопределенности была сформирована великая Окско-Донская аллювиальная равнина, а в долинах рек — серия миоценовых террас. В основную долину в миоцене трижды ингрессировало море, оставившее лиманные отложения байчуровской, сосновской и горелкинской свит. Миоценовые аллювиальные образования основной долины получили наименование каменнобродской накапливались отложения усманской свиты, (распространенные в виде фрагментов, фиксирующих сравнительно неглубокие долины с абсолютными отметками днища 100-110 м).

Плиоценовые аллювиальные отложения в составе усманской серии разделены на три свиты: урывская, белогорская тихососновская и кривоборские слои. Кроме аллювиальных и лиманных отложений значительное место занимают неогеновые элювиальные образования, представленные красноцветными глинами с прослоями ископаемых почв.

Четвертичная система Это время чередования межледниковых и ледниковых эпох. Из всех криохронов наиболее значительным был донской, в котором материковое оледенение было максимальным. Его Донская лопасть по Окско-Донской низине и левобережью Хопра опускалась к югу до устья р. Медведицы. Вне оледенения оставалась только южная часть Воронежской области, которая в то время была ареной накопления лёссов и перигляциального аллювия. В дегляциации Донской лопасти выделяется несколько стадий, с которыми связаны конечные морены, зандровые и другие водно-ледниковые образования.

Из них особенно крупная Воронежская флювиогляциальная гряда, слагающая Доно-Воронежское междуречье к югу от с. Хлевное и далее ниже устья Воронежа, протягивающаяся по левобережью Дона и несколько южнее устья р.

Икорец. Если в доледниковое время, как и в плиоцене, Дон обходил с севера Калачскую возвышенность и затем следовал по левобережью Хопра, то после отступления ледника в своем среднем течении он принял современное положение.

Голоцен (от 10 тыс. лет и доныне) — это последнее межледниковье, экстремум потепления которого относится к интервалу времени 4600—6200 лет назад. На Дону и в его притоках в это время формировался аллювий современной поймы, высокой и низкой, высотой соответственно 5-7 и 3-5 м. На водораздельных пространствах сформировался современный почвенный покров.

1.3.3 Особенности неотектонических движений и обусловленных ими Для территории Воронежского кристаллического массива новейший этап тектонического развития оказался во многом переломным. Это выразилось в резком обособлении нескольких наиболее крупных структурных элементов, таких как Смоленский, Днепровско-Деснинский, Среднерусский, ОкскоДонской и Приволжский мегаблоки. Эти мегаблоки (элементы первого ранга), отличаясь режимом тектонического развития, определили обособление конформных им морфоструктур: Смоленской, Среднерусской, Приволжской возвышенностей и разделяющих их Днепровско-Деснинской и Окско-Донской низменностей. Эти морфоструктуры во многих чертах своего развития унаследуют индивидуальность геологического развития блоков, обособленных еще в докембрии и так или иначе проявляющих себя на всех более поздних этапах тектонической активизации. Более подробная характеристика их будет дана в последующих главах, где будет показана их роль в формировании дифференциации эколого-геологических условий на изученной территории.

ГЛАВА 2. МОРФОГЕНЕЗ ЦИРКУММЕНТОВ

Новизна данной работы заключается в том, что, развивая направление морфологического метода, автор в качестве объекта исследований выбрал небольшие депрессионные формы на уровне мезо- и микрорельефа, размер которых укладывается в диапазоне от первых метров до 3-5 км (западины, степные блюдца и т.п.). Они в отдельных районах Окско-Донской низменности и в других местах составляют непременный атрибут местных ландшафтов, но особого внимания геологов они не привлекали. По мнению автора, они представляют собой элементарные формы (морфологически подобные кольцевым структурам), образующие особые системы (тип рельефа), генетически связанные с морфоструктурами. В виду отсутствия общепринятого названия, по аналогии с «линеаментом (-ами)» предлагается называть их «циркуммент (-ами)» от латинского «circum», имеющее в сложных словах значение «вокруг», «кругом». Он краткий и достаточно хорошо отражает суть обозначаемого объекта. Структурно обособленные, но типологические системы циркумментов, представляют собой «циркумментные ансамбли».

Известно, что рельеф, в общем смысле этого слова, не является реальным физическим телом, а лишь двухмерной внешней границей земной коры - земной поверхностью. Тем не менее, рельеф «живет», подчиняясь своим законам развития. Поэтому еще на самых ранних этапах становления геоморфологии, классификации рельефа строились на генетической основе, но с учетом принципа размерности. Впервые такая классификация была предложена в начале 20 столетия Энгельном, усовершенствованная затем И.П. Герасимовым [23], который выделил три категории рельефа:

1. Геотектуры;

2. Морфоструктуры;

3. Морфоскульптуры.

Геотектуры – самые крупные формы рельефа на Земле: планетарные, и мегаформы. Они созданы космическими и планетарными силами.

Морфоструктуры - крупные формы земной поверхности, которые созданы под влиянием эндогенных и экзогенных процессов, но при ведущей и активной роли тектонических движений.

Морфоскульптуры – это средние и мелкие формы рельефа (мезо-, микро- и наноформы), созданные при участии эндо- и экзогенных сил, но при ведущей и активной роли экзогенных сил.

Генетическое направление в классификации Герасимова дополняется принципом размерности (табл. 2.1). Однако возникает вопрос, а насколько обоснованы размерные границы, чем вызывается эта дискретность, имеются ли переходные разности?

Морфометрическая классификация форм рельефа Эта классификация получила широкое признание, хотя понятие «морфоструктура» очень быстро трансформировалось в термин относительно свободного пользования, соответственно с разным смысловым оттенком или даже содержанием в зависимости от научного профиля его пользователей:

геологов, географов, горняков. По этому поводу поднимались дискуссии, обсуждения [123, 146]. Наметилось три направления его трактовки:

1) геоморфологическое - т. е. без привязки к геологическим телам (в понимании автора термина И.П. Герасимова);

2) противопоставление морфотектонических и экзогенных форм без учета их размерности (Ю. С. Мещеряков);

3) динамическое (с учетом интенсивности и знака тектонических движений) – А.Н. Ласточкин;

4) геолого-геоморфологическое (геологическое тело, имеющее на поверхности ту или иную форму) – Г.И. Худяков.

словосочетания «морф(а)»- и «структура», на что и указывал С.С. Шульц определенного уровня организации материи, в которой ее составляющие элементы (подсистемы) характеризуются определенным типом связей, что делает ее отличной от подсистем или надсистем иного уровня. Нуклеарные частицы образуют ядро атома. Электромагнитные связи ядра и электронов образуют атомы, химические связи определяют рождение молекулы и т.д.

Внутренняя структура минералов это уже надсистема с характерной для нее идеальной кристаллической решеткой, определяющая в общих чертах форму кристаллов. Форма реальных кристаллов определяется и внешними факторами, поэтому идеально ограненные кристаллы встречаются в исключительных случаях. Разный уровень структурных связей в рудах и горных породах в отечественной рудной геологии и петрографии отражают два термина «структура» и «текстура». В зарубежной геологической литературе употребляется лишь одно аналоговое понятие - «сложение».

Вероятно, по аналогии с терминами минералогического уровня для рельефа у И.П. Герасимова появились понятия «морфоструктура» и «геотектура». У Энегеля иерархические структурные типы рельефа в терминах выражаются проще: рельеф первого, второго, третьего порядка и тут нет повода для разночтений.

Для штамповых морфоструктур осадочного чехла Воронежской антеклизы нижней границей изометричных морфоструктур считается размер поперечника в 10 км [99]. Такой размер определяется из волновой модели распространения динамических нагрузок от смещающихся относительно друг друга блоков кристаллического фундамента (зоны динамического влияния разломов).

Между тем наблюдения показывают, что в природе очень широко распространены так называемые «протрузии» - поднятие и «протыкание»

осадочных толщ отдельными телами древних интрузий. Это явление обусловлено разной вязкостью последних и вмещающей матрицы, что отличает от поднятий за счет разности плотностей (сила Архимеда). Именно по этому механизму могут потихоньку и сегодня «всплывать» в земной коре холодные тела не только относительно более легких гранитоидов, но и тяжелых гипербазитов, образовавшихся миллиарды лет назад. Примеры этого явления описаны для свода Воронежской антеклизы [68, 160].

Возможно, именно поднятия, связанные с протрузиями, вызывают образование на поверхности циркумментов. Во многих случаях, именно над магматическими телами проецируются скопления циркумментов.

По поводу природы протрузий Е.И. Паталаха писал: «система «деформируемая среда горных пород — включенное в нее менее вязкое тело»

не является равновесной. В этой системе возникают избыточные напряжения, действие которых направлено на прорыв среды. В результате вязкостной инверсии менее текучие тела выжимаются по направлению к областям с меньшим литостатическим давлением, т.е., в общем случае, к поверхности». Объяснение структурных механизмов объемного течения холодных кристаллических масс и формирование гранитных протрузий заслуга лаборатории тектоники консолидированной коры ГИН РАН.

Реальность таких процессов подтверждена многочисленными тектонофизическими экспериментами и расчетными моделями (работы П.М.Бондаренко, А.В.Лукьянова, И.В.Лучицкого, Ю.В.Миллера, Ю.А.Морозова, Х. Рамберга, А.Ф. Ревуженко и др.).

Представление о СЦТ и истории их изучения приведено в главе 1. При дешифровании аэрофотоснимков по рисунку элементов рельефа, фототона и многочисленные округлые, овальные или полуовальные структуры.

Наиболее часто встречаются кольцевые структуры с диаметром 6-7, 12-16, 23-25, 30-32, 90, 120 и 480-500 км.

Кольцевое строение вулканоплутонических структур обусловлено очертаниями вулканических построек и расположением многих элементов рельефа вокруг центров извержений. В денудированных вулканах кольцевым строением обладают препарированные экструзивные купола, некки, дугообразные и кольцевые дайки, радиальные и концентрические разломы, гребни вложенных куэст, ориентированные вдоль границ обрушения. Как считают А.И. Яковлев и Н.В. Скублова, появление округлых изображений может быть также связано с тепловыми аномалиями, в центре которых располагаются кратеры молодых потухших или проявляющих себя вулканов.

Кольцевые формы создают и близко расположенные к поверхности, но не вскрытые денудацией гранитные плутоны, а также очень древние, раннепалеозойские и позднепротерозойские, сильно разрушенные вулканические постройки. Следует отметить сходство вулканоплутонических кольцевых структур с подобными образованиями Луны и Меркурия.

Вид кольцевых структур имеют складчатые овалы и гранито-гнeйсовые Касторненский в кристаллическом фундаменте ВКМ. По представлениям Л.И. Салопа при образовании складчатых овалов происходило воздымание относительно легких сиалических ядер, в то время как в межовальных пространствах сохранялись зеленокаменные пояса. В позднем докембрии поднимавшиеся легкие массы пород фундамента, ремобилизованных под влиянием высокого теплового потока, внедрялись в осадочные толщи протоплатформенного и платформенного чехла, формируя гранитогнейсовые купола. В относительно неизменном виде эти структуры сохранились в областях, не затронутых позднейшей складчатостью: на Алданском, Балтийском, Украинском и других щитах и массивах.

В.В. Доливо-Добровольским и С.М. Стрельниковым высказано предположение о частичном или относительно полном подчинении контурам древних кольцевых структур более поздних прогибов и нижних горизонтов платформенных чехлов. Последние только прикрывают, но не скрывают, проявляющиеся на поверхности Земли, теми или иными признаками, кольцевые и овальные структуры в областях погружения консолидированной земной коры. К ним относятся Трансильванская, Паннонская, Прикаспийская, Южно-Балхашская и другие впадины. По мнению В.Н.

Брюханова и И.А. Еременкова [12] в Арало-Каспийском регионе четкость и рельефность изображения кольцевых структур зависят не столько от фотографического «проникновения» на глубину, сколько от новейшей тектонической активности этих структур или их частей. Многие из небольших по размерам округлых, овальных и удлиненных структур в Арало-Каспийском районе принадлежат соляным куполам. Более крупные структуры, по мнению авторов, связаны со сводовыми поднятиями в подсолевых горизонтах над выступами фундамента впадины.

Опыт изучения показывает, что крупные кольцевые структуры являются образованиями сложного генезиса и длительного совместного развития метаморфических, магматических и тектонических процессов.

Кольцевые структуры меньших размеров (мезо- и мини-) обычно формируются под влиянием лишь одного ведущего геологического фактора, а самые мелкие (микро-) кольцевые образования моногенны, т. е. порождены одноактными геологическими явлениями. Это находит отражение в классификации В.В.Соловьева (табл. 2.2).

Структуры центрального типа имеют непрерывный размерный спектр, что вероятно и имел ввиду В.В. Соловьев, подразделяя их на микро-, мини-, мезо-, макро- и мегаструктуры. Циркумменты в его классификации могли бы найти свое место в предпоследней колонке среди экзогенных СЦТ.

В классификации (см. табл. 2.2) учитывается также и принцип разделения СЦТ по кинематике их образования, что отражает колонка, соответствующая тектоногенным структурам. Если рассматривать СЦТ как чисто формы с точки зрения математики, то это будут так называемые полярные структуры. Название «полярные» происходит от слова «полюс»

(центр). Это структуры векторного пространства с ортогональными осями координат, исходящими от нулевой точки.

Среди множества причин образования СЦТ отмечаются и силы Кориолиса. Поэтому в классификации СЦТ выделены и ротационные.

Меридиональное направление простираний континентов и срединноокеанических хребтов сменяется на широтное в приполярных зонах.

Поэтому очертания Антарктиды и Арктики приобретают спиралевидный изометрический облик (рис. 2.1; 2.2). Все земные объекты вращаются в одной системе координат, осью Z в которой служит земная ось. Во Вселенной имеются и более сложные полярные структуры, вращающиеся в ортогональных плоскостях, но имеющие единый полюс вращения [1].

Влияние на геодинамику ротационных сил в системе Земля- СолнцеЛуна рассматривалось в работах Магницкого (1965 г.), Авсюка Ю.Н. (1996 г.) [4]. В них делается вывод о том, что природные циклы, в том числе и тектонические, могут быть связаны с ходом приливной эволюции системы Земля-Луна-Солнце, при перемещении оси вращения Земли по направлению орбитального движения. Ротационные СЦТ более мелкого ранга в литосфере, по-видимому, также имеются. Спиралевидную форму, например, проявляют некоторые грязевые вулканы (рис. 2.3).

(до 10-15 км) Микроструктуры Вулканические – синеклизы, Положительные сводовые и брахиантиклинали соляных и глинистых диапиров воронки, провалы и др.

Рисунок 2.1. Схема геоэкологического районирования Арктического сегмента земной коры (Куктинов Е.Г 2005).

Рисунок 2.2. Спиралевидные очертания Антарктиды.

Рисунок 2.3. Грязевой вулкан в окрестностях г. Темрюк, Приазовье. Мб 1: 10000.

В приведенной выше классификации к полигенным СЦТ почему- то, отнесены только древние нуклеары, а все остальные их типы - к моногенным.

Вряд ли это верно. Любая первичная (эндогенная) форма, появляясь на дневной поверхности, тут же начинает менять свой облик под влиянием силы тяжести и экзогенных факторов. Например, вулканические постройки, являются классическим примером полиморфных и полигенных структур (рис. 2.4).

Рисунок 2.4. Разнопорядковые морфоструктуры вулканического сооружения на Курильской островной дуге. М-б 1:250000.

приведенного в первой главе, можно судить о том, что они широко развиты в различных тектонических областях как платформенных, так и подвижных.

Ведущее значение в их формировании на платформах принадлежит вертикальным движениям. Размеры связаны с глубиной заложения вплоть до ядерной локализации их корневых частей. Наиболее крупные структуры отражают деформации глубинных горизонтов земной коры и верхней мантии.

Высказывалось мнение, что на Русской плите кольцевые структуры стёрты денудацией и захоронены под осадочными породами, переработаны последующими тектоническими процессами (Нестерова, 2001г) [77]. Однако для Русской плиты установлено, что СЦТ соответствуют как структурно выраженным, так и зарождающимся локальным поднятиям платформенного чехла [12, 110] и на Воронежской антеклизе они выделены А.И. Трегубом, Л.Т. Шевыревым, А.С. Касатовым [111. 160].

Относительно происхождения мезо- и микроформ рельефа, известных на Русской равнине под разными названиями (степные блюдца, западины, колки, осиновые кусты, пады и т.д.) единого мнения нет до сих пор. В первой главе рассматривались разные варианты предлагаемых генетических моделей. Более ранние из них опираются исключительно на экзогенные процессы. В настоящее время некоторые авторы допускают возможное участие в их образовании и тектонического фактора. Например, А.И. Трегуб [111] отмечает, что размеры их максимальны в пределах зон трещиноватости.

Н.Г. Востриков обращает внимание на пространственное совпадение систем просадочных форм в лессовидных суглинках с ориентировкой крупных разломов на Кубанской равнине.

В данной работе автор делает попытку понять генезис циркумментов на основе закономерностей их распространения, увязывая с особенностями ландшафтного, геоморфологического, геологического, структурнотектонического, гидрогеологического и гидрологического строения исследованной территории.

Размер циркументов варьирует в очень широком диапазоне от первых метров до первых километров, т. е. с размахом в три порядка. Они, группируясь в относительно обособленные ансамбли, подчиняются определенному структурообразующему закону. В целом составляют иерархически выстроенную динамическую систему, четко привязанную ко всей структуре современного рельефа и отдельным его крупным элементам на уровне морфоструктур. Очевидно, они должны занимать свою нишу в генетическом ряду структур центрального типа. Вместе с тем, как это будет показано в последующих разделах, их изучение перспективно и в аспекте сугубо прикладных целей, например, в практике геологического глубинного картирования или инженерно-экологических изысканий.

Замкнутые в плане объекты, с симметрией близкой к кругу, отмечаются на современных спутниковых картах в любом регионе во множестве, но имеют при этом разное происхождение. На территории областей ЦЧО среди них имеются как положительные, так и отрицательные формы. Последние выделяются более контрастно, благодаря большему увлажнению и соответственно более плотному растительному покрову.

Имеют центростремительный рисунок поверхностного стока.

Положительные формы опознаются благодаря центробежной сети водного стока. Среди изометричных объектов на космоснимках выявляются не только природные, но и техногенные (табл.2.3). Наиболее часто встречаемые объекты искусственного происхождения - это круги на полях от оросительных машин, воронки взрывов, открытые горные выработки, хвостохранилища и отвалы горнодобывающих предприятий, отстойники.

Объекты изометричной формы на космофотоматериалах и процессы и механизм Положительные Отрицательные образования

ПРИРОДНЫЕ

Структурно-денудационные Эрозионные

ТЕХНОГЕННЫЕ

производство, ЖКХ складирования фабрик разработки боевые) Как можно видеть из таблицы 2.3, к циркумментам автор относит отрицательные просадочные формы рельефа, имеющие в регионе ЦЧО размерность микроформ согласно классификации Герасимова (см. табл.2.1).

Среди них выделено четыре типа, различающихся приуроченностью к районам разного геологического строения, разным типам пород. Для территории Воронежской антеклизы эти различия обусловлены историей геологического становления ее главных геоблоков, до настоящего времени сохраняющих собственный тренд развития. Поэтому в пределах структур первого порядка литологический фон оказался разным. Поднятиявозвышенности сложены полускальными карбонатными породами (известняками, мергелями, мелами), а впадины-низменности выполнены терригенными глинисто-песчаными толщами. Физический механизм образования циркумментов обусловлен тремя главными факторами:

мощностью осадочной толщи, потенциалом рельефа и литологией.

Все объекты изометричной формы, обозначенные в таблице 2.1, имеют свои дешифровочные признаки, по которым они опознаются достаточно надежно. Циркументы первого типа, распространенные в рыхлых отложениях, отличаются от других более крупными размерами. На местности и на снимках они контрастно выделяются своей формой и чужеродным обликом по отношению к вмещающему ландшафту. На фоне равнинного рельефа вдруг появляются понижения - котловины, привлекающие внимание своей необычно правильной округлой формой. Для лесостепной и степной зоны чаще всего фоном служат пашни, среди которых циркумменты выглядят как рощи - своеобразные островки нетронутой целины с влаголюбивой растительностью. Деревья, кустарники и травы образуют концентрическую фитозональность (рис.2.5). В зависимости от местных условий циркумменты могут выглядеть и как озера или болота правильной округлой формы (рис.2.6). Иногда их пытаются осушать и распахивать. В последнем случае днище циркуммента проявляет себя светлым почти белым фототоном за счет вскрытия выщелоченного горизонта, практически лишенного гумуса, но с примесью сульфатных солей (рис. 2.7).

На дистанционных снимках циркумменты данного типа распознаются также благодаря фитозональности и наличию внешнего белого кольца песчаного вала, опоясывающего котловину (рис.2.8, 2.9).

Размер циркумментов этого типа варьирует в очень широком диапазоне - от первых метров до первых километров, т. е. с размахом в три порядка. Все они состоят из трех главных структурных элементов:

кольцевого вала, склона и днища. На местности кольцевой вал бывает Рисунок 2.5. На местности циркумменты чаще всего выглядят подобным образом.

Рисунок 2.6. Мелководное озеро в котловине циркуммента.

Рисунок 2.7. Распаханный циркуммент открылся взору наблюдателя выбеленной почвой на днище котловины.

Рисунок 2.8. Белые кольца - характерный атрибут циркумментов. М-б 1:50000.

Рисунок 2.9. Кольцевой песчаный вал на профиле и белое кольцо в плане - это одно и тоже. Его превышение над днищем 8 м при поперечнике циркумента около 1 км.

достаточно четко выражен, обычно он замкнутый, иногда прерывистый за счет неравномерной денудации. Превышение над днищем зависит от размера циркумента, обычно это первые метры (редко до 6-10 м, и лишь в отдельных случаях достигает 25 м). Гребень относительно бровки склона имеет превышение в первые метры. Вал имеет два склона: внутренний и внешний. Иногда вал двойной, как бы террасированный и в этом можно видеть структуру ступенчатой просадочной призмы (рис. 2.13).

Рисунок 2.11. Двойной кольцевой вал. Превышение внешнего вала над днищем 10 м, размер всей структуры около 2,5 км.

Склон циркуммента - наиболее протяженный элемент, угол его не более 2-5о. Третьим структурным элементом является плоское днище, обычно заросшее влаголюбивой растительностью с зонально-кольцевым распределением фитоценозов, сменяющихся по степени гидрофильности.

Внешнюю зону растительного обрамления обычно занимают деревья (береза, осина, ива), затем кустарники (ивовые), за ними следуют травянистые гидрофиты, а внутреннюю – болотистый кочкарник. Периферия днища может отделяться от склона обрывом небольшой высоты.

2.3.3 Размер, как функция разности потенциалов рельефа Для циркумментов первого типа характерна строго выдержанная связь с основными морфоструктурными элементами современного рельефа.

Циркумменты развиваются на водоразделах, приспосабливаясь к современной сети поверхностного стока. Что примечательно – размер их зависит от порядка водотока. Самые крупные из них приурочены к главным водоразделам. Обработка массива морфометрических данных по каждому из 100 профилей из 380 циркумментов в разных районах Воронежской и Липецкой областей позволяет сделать следующий вывод. Уменьшение размера циркумментов с удалением от гребня водораздела при однотипной литологии описывается как функция разности потенциалов рельефа между гребнем и местным базисом эрозии: D=f (g1-g2), где D - диаметр циркуммента, g1 -- потенциал рельефа на гребне водораздела, g2 - потенциал рельефа базиса эрозии, При этом для размера циркуммента имеет значение не просто разница отметок, а градиент изменения потенциала рельефа (крутизна склона):

D=k (H-h)/L, где:

D - размер воронки в поперечнике;

Н – абсолютная высота воронки;

h – абсолютная высота местного базиса эрозии;

L –проекция расстояния s по склону между точками Н и h.

(H-h)/L - градиент перепада высот Эта формула соответствует конечной работе перемещения частицы из породного массива от гребня водораздела до базиса эрозии, производимой силой тяжести A=mg (H-h), где m – масса этой частицы. На рис.2.12 можно видеть, как меняется размера циркуммента в зависимости от положения его на склоне. Коэффициент отношения градиента перепада высот к диаметру циркумментов в среднем составляет около 1150. Вариации значения коэффициента связаны с разной фильтрационной способностью породного массива и прочности связей в нем. Поэтому наиболее благоприятными для образования циркумментов являются рыхлые смеси песков с прослоями алевритов и глин. Именно такой тип разреза характерен для Добринского района Липецкой области, левобережной части Рамонского района, Павловского района, Новохоперского района Воронежской области.

Рисунок 2.12. Уменьшение размеров нижних по склону циркумментов.

М-б 1:100 000.

Ниже приводятся результаты литологического изучения приповерхностной части разреза одного из циркумментов вблизи с. Ступино Рамонского района, на левобережной части р. Воронеж. Здесь на снимках хорошо выражена линейная зона северо-восточного простирания с плотным развитием разновеликих, в том числе и достаточно крупных циркумментов с поперечником до 2км. Эта зона вложена в структурную меандру р. Воронеж.

На рис. 2.13 показано положение циркуммента, по склону которого был пройден профиль из шести буровых колонковых скважин глубиной по 10 м.

Отобраны и выполнены гранулометрические и минералогические анализы проб по всем литологическим разновидностям, проведена корреляция разрезов скважин, сделаны определения солевой кислотности почвенных растворов и выполнены по профилю замеры плотности потока радона.

Местность представляет собой аллювиальную террасовую песчаную равнину.

Рисунок 2.13. Желтой стрелкой показан профиль скважин, пробуренных по склону одного из циркумментов в районе с. Ступино. Белая стрелка указывает место пересечения внешних зон соседних циркумментов.

М-б 1:30000.

Ландшафтная ситуация здесь является типичной для развития циркумментов. Простирание зоны совпадает с общим простиранием геологических структур в кристаллическом фундаменте. Все морфологические элементы циркуммента здесь хорошо выражены. С востока кольцевой вал пересекается с кольцом соседнего более крупного циркуммента.

Под почвенным слоем на валу циркуммента вскрыты сверху бурые покровные суглинки, под ними залегают желтоватые лёссовидные суглинки.

Общая мощность суглинков всего 0,8 м. Ниже по склону суглинки выклиниваются, замещаясь тонким слоем глин. Мощность последних нарастает вниз по склону, достигая у подножия склона одного метра. Под глинистыми отложениями во всех скважинах вскрыта алеврито-песчаная толща. Имеется особенность изменения гранулометрического состава в ней вдоль профиля, которая заключается в том, что наиболее крупнозернистые и однородные пески в пределах кольцевого вала, залегают ближе всего к поверхности, а затем погружаются в сторону центра котловины. По минеральному составу они мономиктовые кварцевые. Зерна кварца в них чистые без железистых и глинистых рубашек, что обычно является следствием воздействия кислых растворов. Далее вниз по склону в приповерхностных слоях песков постепенно увеличивается содержание мелких и пылеватых фракций.

Поверхностные грунты в пределах площади всего циркуммента имеют кислую реакцию, но при этом проявлен общий тренд снижения значений рН и плотности потока радона в сторону днища. Максимум плотности потока отмечен на кольцевом валу, а для рН зафиксированы два минимума, один на кольцевом валу, а другой - в пределах днища. Все замеры плотности потока радона показывают аномальные значения. Величина объемной активности радона, замеренная на внешней зоне, составила 13 000 Бк/м3.

Верхний почвенный горизонт по всей площади вала и склона циркуммента характеризуется дефицитом гумуса, железа и марганца (особенно в пределах кольцевого вала), в то же время содержание органики и этих металлов в грунтовых водах значительно превышают ПДК. В почвенном разрезе в пределах днища вскрыты три контрастных по окраске горизонта: гумусовый, предельно выщелоченный (белый) и иллювиальный буроватый с потеками железа и бобовинами марганца (рис.2.15).

Все эти особенности литологии, геохимии, повышенная плотность потока радона и максимальные его значения во внешней зоне повторяются достаточно однообразно на всех обследованных циркумментах этого типа. И, что особенно важно, находят отражение в фитоценозах, доказывая тем самым экологическую значимость данных объектов. Внешняя зона для растительного покрова оказывается самой неблагоприятной, что наблюдается даже в мелких, выровненных и запаханных циркумментах (рис.2.16).

В последующих главах на конкретных примерах будет показана связь циркумментов с новейшими морфоструктурами и особенностями геологическими строения районов, где они получают развитие.

Рисунок 2.14. Литологический разрез по склону циркуммента на глубину 10 м. Изменение значений рН и плотности потока радона связано с изменением характера литологии.

Рисунок 2.15. Почвенные горизонты в днище старого циркуммента сверху вниз: гумусовый, выщелоченный, иллювиальный. Мощность гумусового горизонта 30см. Село Старый Курлак, Воронежская область.

Рисунок 2.16. В кольцевой внешней зоне этой небольшой структуры, которая в рельефа никак не выражена, угнетены даже хвощи - любители кислых почв.

В переходных зонах между ОДН и возвышенностями (Среднерусской и Калачской) распространены циркумменты второго и третьего типов (карстовые и карстово-суффозионные). Они развиваются в полускальных известняках или мелах при отсутствии или малой мощности перекрывающей толщи рыхлых отложений. Характеризуются меньшими размерами, малой контрастностью в ландшафте, поэтому и на снимках обнаружить их не просто.

морфологии, они также образуют цепи вдоль гребней водоразделов, размеры зависят от положения в рельефе. Однако в мелах имеется и примечательная особенность – они выглядят как небольшие холмы, напоминающие конуса грязевых вулканов. Кальдера проседания формируется на своде холма, окружена серповидным возвышением, эродированным со стороны склона.

Это возвышение напоминает кольцевой вал циркумментов первого типа.

Открытые полости наблюдаются по внутреннему контуру кальдеры. Более мелкие воронки сопровождают ее, но ниже по склону. Подобные формы характерны для района с Борщево (рис. 2.10; 2.11). Здесь мощность мелов небольшая (20-25 м) и под ними залегают альб-сеноманские пески.

Небольшие просадочные воронки наблюдаются и в обнажениях этих песков на поверхности. Следовательно, литология в образовании просадочных структур в данном случае не является определяющим фактором.

Радоновый поток в меловых воронках оказался значительно более низким, чем в песчаных, что вероятно, может быть объяснено экранирующей способностью мела.

В Липецкой области из карбонатных пород распространены известняки верхнего девона, чаще всего перекрытые маломощной толщей рыхлых отложений. Под ними «просвечиваются» системы трещин, которые определяют местный рисунок поверхностного стока и положение циркумментов третьего типа (рис. 2.12;2.13).

Рис. 2.10. Цепочка карстовых серповидных кальдер проседания и воронок вытягивается по гребню меловой гряды (водораздел р. Бухтоярки и р. Дон. Район с. Борщево, Воронежская область).

Просадочность, как свойство грунтов, наиболее ярко проявляется в лессе и лессовидных отложениях. Кроме того, имеют место и термические просадочные явления, известные для регионов, расположенных в зоне развития многолетнемерзлых горных пород.

Рисунок 2.12. Циркумменты и ложбины стока наложены на ортогональную сеть трещин в известняках. Лебедянский район, Липецкая область. М-б 1: 15000.

Рисунок 2.13. Линейные цепочки циркумментов третьего типа размером 25-30 м в маломощном чехле рыхлых отложений в районе г. Белая Калитва Ростовской области. Контролируются структурными линиями в скальных породах карбонового возраста. М-б 1:15000.

В принципе, последние могут сохраниться в плейстоценовых ледниковых отложениях, занимающих в нашем регионе значительные площади междуречий (Величко,1965).

Причина просадочности лёссоидов обусловлена особенностями их механического и минерального состава. Для них характерно: высокая пористость, малое количество частиц глинистой фракции, присутствие растворимых соединений. Последние укрепляют связи в породе, но при замачивании они растворяются, тем самым, способствуют уплотнению и просадке. Недоуплотненное состояние лесса и лессовидных отложений характерно для засушливых полупустынных или степных районов. Просадка лессовых грунтов обусловливается не только вертикальными деформациями, но и способностью деформироваться в горизонтальном направлении.

соответствующие им формы мезо- и микрорельефа на Прикубанской низменности, рассматриваются как явление характерное исключительно для лессовых пород. Однако, западины на Прикубанской низменности имеют сквозной характер распространения - это и водоразделы, и все надпойменные террасы, и даже пойма. В то же время отмечается, что лёссы слагают лишь гребни водоразделов. Следовательно, связывать образование западин исключительно только с просадкой лёссоидов неверно. Тем более для нашего региона, где типичные лессы появляются лишь на юге, за пределами зоны оледенения.

Западинные формы рельефа (циркумменты) на Окско-Донской низменности в большей мере развиты на площадях широкого развития песчаных равнин. Кроме того, среди лёссоидов распространены лишь разности так называемого первого типа, у которых просадка начинается при условии, если эти грунты ранее были сухими. Давление, при котором начинается просадка, соответствует мощности перекрывающих пород не менее пяти метров, но и в этом случае амплитуда просадки не превысит 5см.

В нашем регионе, как показывает опыт инженерных изысканий, таких условий нет. Лессовидные суглинки развиваются только на водоразделах и мощность их менее пяти метров. В то же время можно быть уверенным, что в развитии циркумментов на водоразделах играет определенную роль и выветривание как одна из причин разуплотнения пород. В отношении лессоидов имеется мнение, что это тип элювия, развивающийся на глинистых породах.

2.6 Модели образования циркумментов и их систем О происхождении циркумментов можно судить по совокупности признаков 1) по особенностям морфологии; 2) по характеру процессов 3) по особенностям геологического разреза; 4) по характеру связей в ландшафте: 5) по отношению к рельефу и геологическому строению. Карстовые и мелкие суффозионные воронки распространены широко и механизм их образования хорошо изучен.

Модель образования циркумментов смешанного третьего типа (карстово-суффозионного), можно представить, опираясь на их техногенные аналоги. Последние, например, хорошо изучены на шахтных полях Донбасса.

Здесь на поверхности широко распространены воронки (мульды сдвижения) над подземными выработками. Показано (Ананьев, Потапов, 2000), что размеры этих техногенных форм зависят от литологии поверхностной толщи (рис. 2.14). Площадь мульды сдвижения превышает размер выработанного пространства, что связано с подвижкой пород не только над выработкой, но и в сторону от нее под некоторым углом, который получил название угла сдвижения и зависит от состава и состояния пород. Для коренных полускальных пород Донбасса, при горизонтальном положении пластов угол составляет 85 °, для четвертичных наносов - 60°.

В природных условиях при образовании циркумментов третьего типа роль подземных выработок, провоцирующих подвижки, могут играть карстовые полости в известняках или мелах. Циркумменты этого типа широко распространены на территории Липецкой области, как на восточных отрогах СРВ, так и в пределах ОДВ, в том числе и на севере Воронежской области.

Рисунок 2.14. Схема образования мульды сдвижения пород на поверхности шахтных полей Донбасса.

Иные условия формирования циркумментов первого типа, распространенных на поверхности мощных песчаных толщах, где нет подстилающих карбонатных пород, Особенности геологического строения таких районов изучались на основе анализа альбома геологических разрезов ЦЧО (составлен Хруцким С.В.,Смольяминовым В.М., Косцовой Э.В 1974 г.).

Кроме того, использовались разрезы скважин, пробуренных собственными силами: это многочисленные скважины ручного бурения (до 5 м), скважины колонкового механического бурения глубиной до 10 м. На плоских водоразделах этих районов при близком залегании грунтовых вод создаются условия для водонасыщения приповерхностных массивов. В обводненных породах процессы выщелачивания и суффозии идут быстрее и наиболее интенсивными становятся на участках локальных поднятий. Просачивание на глубину атмосферных осадков сопровождается выносом растворенного материала и пылеватых частиц. Образующиеся пустоты постепенно укрупняются, сливаясь между собой и при достижении некоторой критической величины, они превращаются в просадочные воронки.

Количество и плотность этих воронок будет зависеть от площади и интенсивности поднятия. Сливаясь между собой, воронки дают начало развитию еще более крупным форм. Как проявление укрупнения и слияния можно интерпретировать случаи пересечения внешних зон циркумментов или появление более поздних форм в пределах ранее существующих (см.

рис.2.13).

Изученные разрезы дают основание полагать, что пески кольцевого вала представляют собой зону конусного срыва, которая в результате дислокаций обозначилась максимально благоприятной для выщелачивания и суффозии. В пользу этого свидетельствуют и максимальные значения здесь радонового потока. Можно полагать, что в случае отсутствия подземных полостей основную роль в инициировании тока вещества играет боковой отток при достижении зеркала грунтовых вод, имеющих разгрузку на местном базисе эрозии.

регионального рисунка распространения циркумментов независимо от их типа, являются особенности современной динамики крупных геологических блоков кристаллического фундамента. Ансамбли циркумментов трассируют морфоструктуры разного масштаба. Последние определяют основные направления поверхностного и подземного стока. Этим и объясняется согласованность ансамблей циркумментов с рисунком современной гидросети. Высказывалось предположение (А.И. Трегуб), что циркумменты являются старичными образованиями древней гидросети, а их кольцевое обрамление - это прирусловые валы, поэтому они и обнаруживаются на надпойменных террасах. Однако, это предположение не может быть принято, хотя бы потому, что линейные формы циркумментных ансамблей прослеживаются как секущие через все террасы. Кроме того, как бы не проявлялась со временем тенденция к замыканию старичных озер, трудно представить трансформацию серповидных стариц в идеально круглые котловины с кольцевым валом диаметром в 3-5 км, какие имеются, например, в Павловском районе Воронежской области (см. рис.3.29).

Предлагаемая нами модель тектонической обусловленности развития циркумментных ансамблей основана на анализе закономерностей их пространственного развития на территории сопряжения ОДН и СРВ, установленных связей с особенностями гидрографии и рельефа, Рисунок 2.15. Самое крупное скопление циркумментов в регионе связано с Шукавкинским неотектоническим поднятием (III). Сопряженные с ним прогибы -- Кривоборский (II), Токаревский (IV). Римскими цифрами обозначены структуры третьего порядка. Красные линии – разломы, пунктирные черные – границы структур третьего порядка. Неотектоническая схема составлена А.С. Касатовым. М-б 1:1000000.

геологического строения, типов горных пород, морфологии циркумментов, геодинамических, геофизических и геохимических процессов, имеющих место в местах их развития. Циркумментные системы хорошо увязываются с картами и схемами неотектонических структур (рис. 2.15). Все изложенное позволяет предложить модель стадийного развития тектонического блока с образованием ансамблей циркумментов в перекрывающем осадочном чехле (рис. 2.16).

Первая стадия - «дотектоническая».

Вторая стадия. Начальный рост поднятия и напряжений в осадочном чехле.

Третья стадия. Рост поднятия сопровождается образованием на его периферии прогибов, по которым закладываются долины основных рек. На водоразделе под воздействием дислокаций и выветривания происходит разуплотнение приповерхностной части осадочной толщи. Доминирует нисходящий вынос материала вдоль структурных линий.

Четвертая стадия. На склонах углубляющейся долины главной реки вскрываются водоносные горизонты. Усиливается боковая суффозия, вдоль структурных линий вытягиваются цепочки карстовых и суффозионных воронок.

Пятая стадия. В горловинах воронок образуются глинистые «пробки».

Воронки получают боковое развитие за счет склоновых процессов.

Замкнутая морфология депрессий, избыток влаги обеспечивает в пределах днища застойный гидрологический режим, глеевую обстановку и кислую среду. Формируется почвенный разрез гидроморфного типа. Грунтовые воды обогащаются органикой, железом и марганцем. При снижении базиса эрозии циркуммент осушается, рельеф сглаживается, начинает формироваться нормальный атмоморфный почвенный профиль с хорошо выраженным гумусовым горизонтом (см. рис. 2.15).

Повышенный радоновый поток на площадях развития циркумментов может также свидетельствовать в пользу первичной тектонической обусловленности их появления в рельефе. С его помощью можно также и объяснить и повышенную кислотность в пределах кольцевого песчаного вала. На днище кислая среда формируется аутогенно за счет обилия органики при застойном режиме циркумментного болота. В пределах вала, где почти нет никакой растительности, такую среду можно создать лишь за счет внешнего источника. Радон, хотя и относится к инертным газам, тем не менее, благодаря самому низкому потенциалу ионизации в своей группе, он химически наиболее активен. Как криптон и ксенон, способен вступать в соединения с другими элементами и, прежде всего, с фтором.

Рисунок 2.16. Модель стадийного развития циркумментов на тектоническом поднятии (пояснения в тексте).

При взаимодействии с газообразным фтором дает соединения типа RnF, сокристаллизуясь при этом с ксеноном. Аналогично криптону и ксенону радон образует гексагидраты Rn·6H2O, изоморфные с H2S·6H2O и SO2·6H2O.

Подобно ксенону его оксиды могут проявлять кислотные свойства (Н.Л.

Глинка,1984), Таким образом, развитие циркумментов первого типа требует сочетания ряда условий, главные из которых: 1) новейшие тектонические поднятия; 2) низменный слаборасчлененный рельеф, обеспечивающий доминирование инфильтрации атмосферных осадков над поверхностным стоком; 3)породный субстрат должен быть представлен слабосвязанной рыхлой песчано-алевритовой массой. Именно такие условия и были созданы природой на стыке крупных неотектонических структур первого порядка Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия. Карбонатный состав поверхностных пород, развитых в ряде районов региона ЦЧО, способствовал формированию карстовых просадочных форм меньших размеров, но их развитие наблюдается также на стыке геологических структур с разнонаправленными тектоническими движениями.

ГЛАВА 3. ЦИРКУММЕНТНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК

МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ЭКОЛОГОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

По А. Пенку (Penck, 1961): "морфологический анализ - это метод восстановления хода и развития движения земной коры путем изучения экзогенных процессов и существующего геоморфологического строения.

Основой морфогенеза является взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов и то, что они создают — геоморфологическое строение (morphologischer Tatsachenschatz)". Эндогенные процессы в этой связке играют роль неизвестной величины, которая находится при учете двух известных (экзогенеза и рельефа).

разновидностью морфологического анализа, при применении которого акцент делается на изучение циркумментов. Методология нового метода заключается в представлении о том, что циркумменты являются депрессионными мезо- и микроформами рельефа, образующимися в результате рефлексии приповерхностных рыхлых отложений на восходящие движения блоков земной коры. Соответственно этому базисному положению предлагается и алгоритм применения метода. В нем четыре блока: 1) изучение закономерностей пространственного развития циркумментов и соотношения с местными и региональными особенностями рельефа; 2) изучение откликов, сопряженных с ними в ландшафте биотических, биокосных и абиотических систем (процессы и явлениях); 3) выявление геологических структур, геодинамическая активизация которых является причиной генерации циркумментов; 4) оценочное и прогнозное эколого-геологическое районирование.

Методология ЦМА разработана и апробирована на примере территории геологического сопряжения двух неотектонических структур первого порядка: Окско-Донской впадины и Среднерусского поднятия, имеющих прямую выраженность в рельефе как геоморфологические области – низменность и возвышенность с одноименными названиями [96, 97].