Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Ландшафтно-геохимичсский анализ речных бассейнов 12
1.1. Речные бассейны как каскадные ландшафтно-геохимические системы 12
1.2. Систематика речных бассейнов 14
1.2.1. Морфодинамические и порядковые классификации рек и речных бассейнов 15
1.2.2. Гидрохимические классификации 16
1.2.3. Литогеохимические классификации 18
1,2. Индикационное значение аллювия в геохимическом анализе каскадных систем речных бассейнов 19
Глава 2. Физико-географические условия бассейна р. Гвадалорс 22
2.1. Гидрографическая характеристика 23
2.2. Тектоническое строение и геологическая история 26
2.3. Геолого-геоморфологические условия 32
2.4. Климат и сток рек 40
2.5. Морфологические свойства русловых осадков 44
2.6. Растительность , 48
2.7. Почвы 51
2.8. Хозяйственная освоенность 55
Глава 3. Принципы и методы исследования 57
3.1. Основные принципы исследования и методологические подходы 57
3.1.1. Вещественный состав русловых литопотоков 58
3.1.2. Порядковые характеристики и анализ литогеохимических условий водосборных бассейнов 60
3.1.3. Анализ геохимической дифференциации русловых литопотоков 61
3.2. Материалы и методы исследований 65
3.2.1. Полевые материалы 65
3.2.2. Методы лабораторного анализа 65
3.2.3. Математические и графические методы 70
3.2.3. Геоинформационный анализ 73
Глава 4. Геохимия русловых литопотоков в каскадной системе р.Гвадалорс 75
4.1. Гранулометрический состав 75
4.2. Региональные геохимические особенности 80
4.3. Ассоциации химических элементов 87
4.4. Формы нахождения элементов 91
4.5. Пространственная геохимическая дифференциация русловых литопотоков в каскадной системе бассейна Гвадалорс 95
4.5.1. Геохимия русловых литопотоков в бассейнах низких порядков 95
4.5.2. Геохимия русловых литопотоков в бассейнах высоких порядков Внешней зоны 99
4.5.3. Геохимия русловых литопотоков в бассейнах высоких порядков Внутренней зоны 105
Глава 5. Геохимическая классификация гетеролитной каскадной системы р.Гвадалорс 114
5.1. Принципы систематики бассейнов КЛГС по геохимической дифференциации литогенной основы 114
5.1.1. Геохимические комплексы пород в бассейне Гвадалорс 115
5.1.2. Классификация водосборных бассейнов по геохимической дифференциации литогенной основы 117
5.2, Классификация русловых литогеохимических потоков в каскадной системе
р.Гвадалорс. (по результатам инверсионного моделирования) 121
5.2.1. Парагенезисы элементов в русловых потоках песчаного состава и их интерпретация 121
5.2.1. Геохимическая типизация русловых потоков песчаной размерности по геохимическим парагенезисам 125
5.3 Состав и типы русловых литопотоков в каскадной системе р.Гвадалорс 128
5.3.1. Монокомпонентные потоки 128
5.3.2. Двухкомпонентные потоки 133
5.3.3. Трехкомпонентные потоки 135
Заключение и выводы 138
Литература
- Морфодинамические и порядковые классификации рек и речных бассейнов
- Геолого-геоморфологические условия
- Анализ геохимической дифференциации русловых литопотоков
- Пространственная геохимическая дифференциация русловых литопотоков в каскадной системе бассейна Гвадалорс
Введение к работе
Актуальность темы. Перемещение вещества в ландшафтной сфере является важным процессом, который определяет основные геохимические особенности поверхности Земли, и, в конечном счете, направлен на поддержание ее химического статуса (Маккавеев, 1955). Среди природных систем, в которых поверхностные миграционные потоки вовлекают в движение значительные массы химических элементов и охватывают обширные территории, выделяются речные бассейны. Некоторые водосборы занимают огромные пространства отдельных континентов, образуя сложно устроенные ландшафтно-геохимические арены (Глазовская,1988). Потоки вещества в таких системах могут быть сопоставимы с массопереносом в глобальном цикле круговорота веществ.
Речные бассейны как объекты географических исследований известны с древнейших времен, но с системных позиций стали рассматриваться с 60-70 годов прошлого столетия. В настоящее время во многих научных дисциплинах -гидрологии, геоморфологии, ландшафтоведении, геохимии ландшафтов - они выступают в качестве самостоятельных и целостных объектов пространственного анализа. Актуальность и практическая значимость этих исследований определяется развитием системного подхода для управления территориями - планирования хозяйственной деятельности, проведения экологического мониторинга и природоохранных мероприятий в границах водосборов разного пространственного уровня.
В геохимии ландшафтов к настоящему времени сформулированы основные теоретические представления о речном бассейне как о сложной каскадной ландшафтно-геохимической системе (КЛГС), в которой важную роль играют латеральные потоки вещества. Склоновая составляющая латеральных потоков изучается в рамках самостоятельного и, в какой-то мере, независимого от анализа речных бассейнов катенарного подхода. Цель этого анализа - выявление геохимических связей между автономными и гетерономными ландшафтами наземных ландшафтов и субаквальными ландшафтами русловой сети.
Выделение бассейнов в качестве самостоятельных систем требует развития особых методологических приемов их геохимического анализа. Очевидно, что внимание в таком анализе должно быть сфокусировано не только на склоновых, но и на русловых потоках вещества, обеспечивающих целостность речного бассейна как системы.
Геохимия русловых потоков изучается в различных научных дисциплинах. В процессе развития геохимических методов поисков полезных ископаемых были установлены основные закономерности и разработаны математические модели пространственного распределения элементов в потоках рассеяния от рудных месторождений (Хокс, Уэбб, 1964; Поликарпочкин, 1976; Соловов, Матвеев, 1985). В зависимости от характера среды и механизмов миграции вещества было выделено два основных типа потоков - литохимические и гидрохимические (Красников, 1959), и установлено, что состав каждого из них формируется под влиянием геохимических явлений с разным характерным временем. Гидрохимические потоки испытывают влияние процессов с кратковременной периодичностью (сутки, сезоны, годы), состав литохимических потоков в русле реки складывается под влиянием процессов, протекающих в течение значительно более длительного времени (Хокс, Уэбб, 1964). При оценке рудонос-ности бассейна предпочтение отдается литохимическому методу, при котором изучается состав наиболее консервативного элемента потоков - руслового аллювия (Поликарпочкин, 1976).
Большое внимание химическому составу русловых потоков уделяется также в геоэкологическом анализе. При эколого-геохимических оценках территорий изучается их техногенная составляющая. Методологической основой применения геохимических методов в геоэкологических исследованиях является представление о том, что загрязняющие вещества рассеиваются, транспортируются и аккумулируются в водах и донных отложениях речных систем (Пе-рельман, Касимов, 1999; Янин, 2004). Как и при поисковых работах в задачи эколого-геохимических оценок входит, главным образом, оконтуривание более или менее локальных (по сравнению с общим размером изучаемой площади)
участков с аномальным содержанием отдельных элементов или их групп и установление генезиса этих аномалий (например, источника загрязнеїшя в зоне влияния). Для выявления уровней аномальности используются фоновые содержания исследуемых элементов. Наибольшие затруднения с определением фоновых концентраций элементов возникают при изучении природных и техногенных потоков в горных бассейнах с гетеролитной литогенной основой.
Геохимический анализ русловых потоков с системных позиций проводится при изучении континентального литогенеза и при решении вопросов, связанных с оценкой роли речного стока как источника осадочного материала в океане. В рамках этих исследований рассматривается влияние отдельных факторов - климата, рельефа и литологического состава водосборов - на химический состав русловых потоков (Страхов, 1963; Ibbeken&Schleyer, 1991; Potter, 1994; и др.), анализируется химический состав речного стока в океан (Маг-tin&Meybeck, 1979; Гордеев, 1983), проводятся количественные оценки влияния некоторых факторов на формирование и пространственную геохимическую дифференциацию русловых потоков в границах одного речного бассейна (Stal-lard, Edmond,1983; Palomares&Arribas, 1993; Arribas et al., 2000; Collins et al, 1997; и др.).
В геохимии ландшафтов в настоящее время геохимический анализ русловых потоков находится на ранней стадии разработки, особенно для КЛГС региональной размерности, формирующихся на гетеролитном субстрате. Для таких систем существует недостаток сведений об изменчивости состава русловых потоков в границах бассейна, нет четких представлений о факторах их территориальной дифференциации (влиянии литогенной основы, площади водосбора, миграционных процессов и др.). Разработка методических принципов и приемов геохимического анализа русловых литопотоков в гетеролитных бассейнах не только позволяет углубить концептуальные и методические основы бассейнового подхода в геохимии ландшафтов, но и способствует решению ряда важных практических и научных задач, в числе которых геохимическая классификация каскадных ЛГС.
Цель и задачи работы. Цель работы - разработать принципы и методы оценки территориальной дифференциации литогеохимических потоков в гете-ролитных каскадных системах.
Для достижения поставленной цели на примере бассейна р. Гвадалорс (Испания) решались следующие задачи:
Дать характеристику среднего содержания широкого спектра химических элементов в русловых литопотоках бассейна р. Гвадалорс и на основе полу-чешіьіх данных выявить основные черты и факторы их пространственной геохимической дифференциации
Разработать классификацию бассейнов КЛГС более низких порядков, отражающую геохимическую дифференциацию их литогенной основы, и на этой основе провести картографирование КЛГС.
Выявить геохимические парагенезисы русловых миграционных потоков песчаного состава на основе метода инверсионного моделирования.
Разработать геохимическую классификацию русловых литопотоков по их геохимическим парагенезисам; определить основные закономерности формирования и провести картографирование состава русловых потоков в исследуемых водосборах каскадной системы.
В связи с поставлентгыми задачами решался ряд дополнительных вопросов, связашгых со способами получения средних характеристик содержаний элементов в русловых литопотоках гетеролитного бассейна, приемами оценки их территориальной дифференциации, выбором картографических единиц при составлении карт на территорию КЛГС.
Объект исследования. Работа проводилась в рамках совместных российско-голландских исследований. Объектом исследования явился относительно небольшой (3158 км2) бассейн реки Гвадалорс, расположенный в западной части Кордильеры Бетика на юге Пиренейского полуострова. Выбор природного объекта был обусловлен его компактным положением в пределах единой орографической области, наличием разнообразных материнских пород в литоген-
8 ной основе и отсутствием на территории бассейна крупных промышленных источников загрязнения.
Фактические материалы и методы исследования. Литогеохимические потоки каскадной системы изучены на примере русловых отложений, в составе которых, по мнению многих исследователей, фиксируется результат многолетних геохимических процессов, протекающих на территории бассейна. В основу работы положены материалы, собранные в течении 3 полевых сезонов 1991-1993 гг. Рекогносцировочные исследования проводились в 1991 году проф. Н.С. Касимовым, проф. СБ. Крооненбергом и проф. А.Н. Геннадиевым, основные полевые работы в 1992 и 1993 г.г. выполнялись автором.
При полевых исследованиях в русловой сети реки Гвадалорс заложено 159 точек наблюдения, в которых из активного слоя русловых отложений отобраны пробы осадочного материала с размером частиц менее 2 мм: 192 пробы песков, 146 проб алевритов и пелитов, 34 пробы смешанного алевритово-песчаного состава.
В пробах руслового аллювия определено валовое содержание Si02, ТІОг, Fe203, AI2O3, MnO, MgO, CaO, Na20, K20, P205, а также Ba, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Pb, Rb, Sr, V, Zn, Zr и C02 карбонатов, проанализирован гранулометрический состав и содержание подвижных форм металлов (Fe, Mn, Си, Ni, Pb, Zn.).
С помощью геоинформационных методов получена количественная информация о водосборах, питающих русловую систему осадочным материалом: определены их размер и площади распространения основных типов материнских пород.
Характеристика средних содержаний химических элементов в русловых потоках всей каскадной системы и в ее отдельных подсистемах проведена с помощью взвешенных оценок. Полученные данные использованы для вычисления коэффициентов бассейновой дифференциации, предложенных автором для оценки различий химического состава русловых литопотоков отдельных частей бассейна. Математическая обработка геохимических данных проведена с использованием кластерного и корреляционного анализа, а также метода инвер-
9 сионного моделирования (Weltje, 1994). Этот метод, предназначенный для разделения природных смесей осадочного материала на конечные составляющие, применен впервые для анализа геохимических данных. На его основе выделены геохимические парагенезисы и проведена классификация русловых литогеохи-мических потоков КЛГС.
Научная новизна. На примере бассейна р. Гвадалорс разработаны методические приемы анализа русловых литогеохимических потоков в гетеролит-ных каскадных системах. С помощью предложенных методов
дана характеристика содержания исследуемых элементов в русловых потоках КЛГС и проведена оценка территориальной дифференциации их химического состава;
разработана геохимическая классификация бассейнов КЛГС, в основу которой положено выделение геохимических комплексов пород КЛГС, анализ их площадного распространения и сочетания на территории отдельных водосборов; проведено картографирование исследуемых бассейнов;
выделены основные геохимические парагенезисы русловых потоков; установлено, что источниками трех парагенезисов (карбонатно-кальциевого, магнезиального и алюмосиликатного) служат материнские породы КЛГС, происхождение четвертого парагенезиса (кварцевого) обусловлено процессами речного транспорта.
выделены геохимические типы русловых потоков и проведено геохимическое картографирование каскадной системы по составу литогеохимических потоков.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют глубже понять закономерности территориальной дифференциации русловых литогеохимических потоков в бассейнах с неоднородным литогенным субстратом. Они представляют интерес для поисковых, мониторинговых и эколого-геохимических исследований, в задачи которых входит выделение и оценка слабых природных и техногенных геохимических аномалий на территориях с сильной дифференциацией литогеохимического фона.
Разработанная классификация русловых литогеохимических потоков важна для создания геохимических блоков ГИС на территорию горных регионов и программ по их управлению. Конкретные данные и карты, полученные для каскадной системы р. Гвадалорс, могут использоваться различными организациями, осуществляющими экологический контроль за состоянием природной среды и разрабатывающими программы по устойчивому развитию территории бассейна.
Апробация полученных результатов. Основные положения и результаты диссертации докладывались на заседании Почвенного Института им. В.В. Докучаева РАСХН, посвященном 75-летгао со дня рождения Ф.И. Козловского (Москва, 2003) и на Международном симпозиуме «Потоки вещества в флюви-альных системах» (Москва, 2004). Отдельные результаты исследований представлены в отчетах РФФИ, материалах Международной конференции «Глобальные изменения и география» (Москва, 1995), Международного совещания «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2001), Международной школы «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды», (Новороссийск, 2003). По теме диссертации имеется 6 публикаций.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы (111 наименований). Работа содержит 150 страниц текста, 30 иллюстраций (в том числе 5 карт) и 18 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своим научным руководителям Н.С. Касимову и СБ. Крооненбергу за их внимание, ценные идеи и помощь при выполнении работы; доктору Г-Я. Велтье (ДТУ, Нидерланды) за консультации по математическому моделированию и предоставление авторского программного пакета EMMA. Автор искренне благодарен всем сотрудникам кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ, в первую очередь, М.А. Глазовской за помощь и поддержку в работе над диссертацией. Автор благодарит сотрудников географического факультета О.А. Самонову, Н.Л. Фролову, СИ. Гаррисона за ценные со-
веты и обсуждение некоторых разделов диссертационной работы, а также признателен администрации и сотрудшікам Вагенингенского сельскохозяйствешю-го университета (Нидерланды) за их содействие в проведении полевых и лабораторных исследований в 1991-1993 г.г.
Морфодинамические и порядковые классификации рек и речных бассейнов
В гидрологии и геоморфологии реки классифицируются по степени кине-тичности потока, определяющего механизм его взаимодействия с руслом. В соответствие с этим признаком реки и речные бассейны подразделяются на горные, равнинные и полугорные. В классификациях горных рек учитывается форма транспорта наносов (грядовые, безгрядовые, порожисто-водопадные, селевые), в классификации равнинных рек - тип русла (меаьвдрирующие, разветвленные, прямолинейные) (Чалов, 1996). Размеры рек (площадь водосбора, водность) также являются важным классификациоьшым признаком и учитываются в делении рек и речных бассейнов на малые, средние, большие и крупнейшие. Подобие рек по их размерам часто оценивается на основе сопоставления их порядков (Хортон, 1948). Порядок реки - это индикационная характеристика водотока, которая дает представление не только о размере бассейна или гидрографическом положении конкретной реки в русловой сети территории, но и, в соответствие с законами Хортона, указывает на некоторые другие особенности системы. С порядком реки, например, связаны число встречающихся в нем водотоков, их длина, углы наклона продольного профиля, густота речной сети. Благодаря этим связям сложность структуры бассейна может быть охарактеризована числом водотоков разного порядка, или отклонением этого числа от нормы (Симонов, 1999). Сама запись индексов имеет определенный физический смысл, характеризуя парагенетические соотношения отдельных звеньев рельефообразоваиия в бассейне. На этом принципе основана систематика бассейнов по их способности к накоплению или выносу вещества и их разделение на бассейны-"накопители", бассейны-"сбрасыватели" и транзитные бассейны (Симонов, Симонова, 1997). Данные классификационные единицы в настоящее время используются для создания карт, отражающих влияние рельефа на распространение загрязнения (Новаковский и др., 2005).
Несмотря на то, что во всех перечисленных классификациях содержится информация о характере миграции (в одних случаях об объемах массопереноса, в других - его формах и механизмах), данные схемы в целом слабо используются при проведении геохимического анализа речных систем и их бассейнов. Отдельные аспекты морфодинамических и порядковых классификаций учитываются при выделении систем разного уровня (Глазовская, 1988), при систематике элементарных ландшафтов рек и их разделении на трансэрозионные, тран-саквальные и трансаккумулятивные (Хованский, 1993).
Гидрохимические классификации
В основе гидрохимических классификаций рек лежат принципы систематики природных вод по их минерализации и типоморфным компонентам. Наиболее распространенным подходом при типизации вод зоны гипергенеза является использование соотношения содержания главных ионов. В результате выделяются несколько основных гидрохимических типов вод. Дополнительно учитываются показатели, определяющие геохимические особенности ландшафтов и условия миграции элементов (Шварцев, 1998; Хованский, 1993). К их числу относится рН, характеризующее щелочно-кислотные условия водной среды, содержание растворенных газов, участвующих в формировании окислительно-восстановительной обстановки, и концентрации некоторых элементов с переменной валентностью (Fe2+, Fe3+). Как показал С.Л. Щварцев в работе, посвященной гидрогеохимии подземных вод (1998), дополнительные показатели дают возможность более полной характеристики состава вод зоны гипергенеза и, в соответствии с принципом подвижных компонентов А.И. Перельмана (1975), позволяют определить их геохимическую специализацию, присущую каждой ландшафтно-климатической зоне.
Среди гидрохимических подходов классификации рек и речных бассейнов особый интерес представляет применеіше индикационных геохимических показателей для факторной интерпретации выделяемых групп. Одним из примеров является классификация Гиббса (Gibbs, 1970), основанная на использовании интегральных химических показателей состава вод - плотного остатка и соотношения ионов Na+ и Са2+ (Na+/(Ca2++Na+)). По этим признакам среди наиболее известных рек мира выделяется три группы, обособление которых, по мнению автора, связано с влиянием трех основных факторов: различия состава и количества атмосферных осадков, особенностей выветривания и состава горных пород и испарительной концентрации.
Другим примером является классификация Сталларда и Эдмонда (Stallard, Edmond, 1983), которая посвящена анализу влияния литологического фактора на химический состав вод. В качестве классификационного признака ими использовалось соотношение в речных водах иона кремния, гидрокарбонат- иона, а также суммы хлорид- и сульфат- ионов. Классификация рек проводилась в поле треугольной диаграммы, вершины которой соответствовали водам со 100% значениями перечисленных показателей. Повышешюе содержание в речных водах кремния свидетельствует о выветривании силикатных пород в водосборном бассейне, высокие концентрации НСОз" - об интенсивном поступлении в речную сеть продуктов выветривания карбонатных пород, повышенные содержания хлорид- и сульфат - ионов о разрушении в бассейне эвапори-тов и сульфид-содержащих пород. Геохимия большинства рек мира, в соответствии с этим графиком (VanLoon&Duffy, 2000), связана с выветриванием осадочных пород и разрушением карбонатных минералов.
Геолого-геоморфологические условия
Тектонические впадины. Среди тектонических впадин Бетского орогена выделяются тектонические прогибы, разделяющие системы горных массивов, длина которых варьирует от 30 до 150 км, а ширина от 10 до 70 км. Эти впадины, заложившиеся с началом посторогенной стадии развития Бетских гор (верхний миоцен, позднетортонский век, 8-7 млн. лет назад (Weijermars, 1991)), на протяжении неоген-четвертичного времени выступали в качестве конечных бассейнов аккумуляции. Континентальное накопление осадков в них чередовалось с морской седиментацией. Долина реки Гвадалорс пересекает две небольшие тектонические впадины (длиной до 40 км, шириной от 10 до 25 км), которые по положению можно отнести к межгорным. На севере, в зоне Суббе-тики, это Антекерская впадина и в южной, Бетской, части бассейна это впадина Малаги - относительно небольшая депрессия, расширяющаяся к морскому побережью и заполненная в основном продуктами разрушения верхних тектонических покровов, а также морскими отложениями плиоценового возраста. Накопление морских отложений в плиоцене завершило морской этап развития территории. Начиная с позднего плиоцена (3-2 млн. лет назад) район исследования полностью перешел в континентальный режим развития (Weijermars, 1990). С этим временем можно связывать заложение и начальный этап развития прадолины р. Гвадалорс.
Бассейн р.Гвадалорс характеризуется значительным разнообразием природных условий, что вызвано не только горным рельефом большей части бассейна и связанными с ним высокими пространственными градиентами физико географических характеристик, но и различием геологической, тектонической истории отдельных его частей, особенностями современного неотектонического развития региона.
Согласно И. Пейру (Реуге, 1973) и Р.Ленаффу (Lhenaff, 1967, 1981), на территории бассейна выделяется несколько крупных территориальных единиц, обособляющимся по генезису, характеру морфологических характеристик, типу рельефа, геологической основе и другим компонентам ландшафтной структуры. К этим территориальным единицам относятся: Пенибетика, зона Антекеры, зона Суббетика, полоса Колменара, Малагийская впадина, Бетика Малаги (Ма-лагийские горы и Альпухаррские массивы).
Пенибетика (цепь известковых гор). Цепь Известковых гор окаймляет южную границу зоны Суббетика и по мнению некоторых исследователей представляет собой третью структурную единицу Бетского орогена, которую М.Блюменталь назвал "Пенибетика" (по мнению других исследователей эта область входит в состав Суббетики и относится к зоне "Ронда-Торкаль" Внутренней Суббетики). На рассматриваемой территории Известковые горы играют роль главного водораздела между Верхним и Нижним бассейнами р. Гвадалорс и дают начало как главной реке, так и многим ее притокам. Они состоят из отдельно стоящих массивов, высота которых постепенно снижается на запад. Максимальная отметка 1631 м находится в восточном крыле цепи, а отметка вершины массива Валь де Абдалагис (Valle de Abdalagis) на западе бассейна составляет 1200 м. Известковые массивы сложены серией довольно разнородных по составу известняков юры и карбонатных пород мела: глинистыми известняками и мергелями, в основном красно-цветными. Горы имеют складчато-блоковую структуру (Lhenaff, 1967, 1986) и обособляются в пространстве в виде отдельных высоких массивов с очень крутыми, часто ступенчатыми обвальными склонами. Ступенчатость обусловлена трещинноватостью и литологиче-ской неоднородностью известковых толщ, слагающих эти массивы.
Некоторые горы с горизонтальным залеганием пород (массив Торкал де Антекера, "Torcal de Antequera") имеют плоские вершины (фото 1). В этих ус ловиях наблюдается максимально полное проявление карста средиземноморского типа. Среди карстовых форм рельефа распространены котловины, долины, воронки, коридоры, и другие формы, в том числе столового карста.
К северу от цепи известковых гор расположены две зоны, которые дренируются Верхней Гвадалорс и ее притоками.
Зона Антекеры представлена серией массивов высотой 400-600 м, сложенных в основном породами эвапоритовой формации германо-андалузского типа (Lhenaff, 1967). Массивы имеют уплощенные вершины и разделены глубоко врезанной гидрографической сетью. Уплощенность вершин обусловлена наличием бронирующих пластов известняков или устойчивых гипсоносных пород. Глубокие эрозионные врезы представляют собой обвальные склоны в плотных породах, при выходе мягких пород склоны изрезаны густой системой мелких оврагов и промоин. В этой зоне встречаются соленые озера, здесь берет начало и протекает крупный левый приток Марине (Arroyo Marine). В верховьях притока Марине располагается небольшая впадина, вероятно тектонического происхождения, которая от прилегающих гор отделена крутыми склонами с высотой до 700 м. Долины водотоков, дренирующих эту поверхность, -слабоврезанные и сложены рыхлыми породами песчано-илистого состава.
Суббетика. Эта территория, расположенная к северу от зоны Антекеры, сложена мощной толщей карбонатных мергелей и глинистых известняков юры и мела. Осадочные породы равномерно смяты в складки (Lhenaff, 1967). Поло-говолнистая поверхность этой зоны отличается относительно небольшими абсолютными высотами 200-250м. Увеличение высот и крутизны склонов связано с выходами пород триаса и более поздних отложений, залегающих несогласно с основными породами. Максимальные высоты до 650-800 м приурочены к отдельно стоящим известковым горным массивам (фото 2), которые, по мнению многих исследователей, являются клиппами - останцами тектонических покровов (Lhenaff, 1981). Эту территорию дренируют маловодные правые притоки Верхней Гвадалорс со слабоврезанными долинами.
Анализ геохимической дифференциации русловых литопотоков
Постановка задач, сбор и анализ авторских материалов был проведен на основе базовых концепций и методов геохимии ландшафтов. В основу геохимического анализа русловых литопотоков были положены понятия о системности и пространственной сопряженности, сформулированные Б.Б. Полыновым (1952) и в дальнейшем разработанные в трудах М.А. Глазовской (1964, 1988), А.И. Перельмана (1975), Ф.И. Козловского (1972) и других ученых. В соответствии с представлениями, сложившимися в геохимии ландшафтов к настоящему времени, геохимический анализ русловых потоков в гетеролитной каскадной системе р. Гвадалорс был основан на анализе вещественного состава донных осадков русловой сети. Основное направление анализа состояло в выявлении механизмов образования и дифференциации их состава, поиске информативных, синтетических показателей для их геохимической систематики, в оценке взаимодействия с внешней средой.
Выбор руслового аллювия в качестве базового элемента анализа был обусловлен рядом причин. 1. Вместе с растворенным и взвешенным веществом речных вод русловой аллювий входит в состав системообразующих потоков вещества. 2. Его химический состав, который является наиболее универсальной и всеобъемлющей характеристикой осадочного материала, формируется в течение длительного времени, включает в себя разнообразные сигналы об условиях внешней среды и отражает суммарный эффект геохимических процессов с длительным характерным временем.
Основным методом исследования явился сопряженный анализ: геохимия аллювия изучалась в неразрывной связи с факторами среды питающих водосборов. Для каждой пробы аллювия были определены границы соответствую щего водосборного бассейна (который рассматривался в качестве зоны влияния), вычислены его размеры, дана геохимическая характеристика литогенной основы. Показатели порядков русел использовались как индикаторы сложности бассейна и его миграционных условий.
Геохимическая характеристика русловых потоков в отдельных подсистемах КЛГС проведена на основе средних содержаний изученных химических элементов. С использованием специального ландшафтно-геохимического коэффициента - коэффициента бассейновой дифференциации - оценены территориальные различия состава литогеохимических потоков. Геохимическая классификация литопотоков в каскадной системе и анализ их пространственной дифференциации проведены на основе выделения парагепезисов элементов с помощью метода инверсионного моделирования.
Изучение вещественного состава русловых литопотоков проведено на примере русловых отложений как гетерогенных и многофазных образований (Осадочные породы...., 1994). Считается, что валовой состав является одной из самых универсальных и всеобъемлющих характеристик осадочного материала.
В активном слое русловых отложений он складывается в основном из аллох-тонной части и чаще всего отражает гранулометрические и минерально-петрографические характеристики осадков, что создает предпосылки для генетических построений в системе " русловой аллювий - водосборная область" (Страхов, 1962; Pettijohn et al., 1973; Шванов, 1987; Johnsson, 1993). Уровни концентраций многих макро- и микроэлементов, в том числе рудных элементов и тяжелых металлов, связаны с силикатной фазой осадка. В несиликатных фазах - органической и карбонатной - обычно концентрируется небольшая группа элементов. С этой точки зрения эти две фазы выступают в качестве компонентов - разбавителей и нередко исключаются из анализа путем введения поправок на содержание карбонатов и оргаїшческого вещества. В рудных провинциях в карбонатном веществе, напротив, возможна концентрация некоторых элементов (Кудсрина, 1982).
В данной работе геохимия аллювия была изучена на основе валового анализа проб. Учет содержания несиликатной фазы проведен с помощью определения потерь при прокаливании, карбонатной - по содержанию СО? карбонатов. Наряду с данными валового анализа для оценки дифференциации элементов в различных фазах осадка, изучения их подвижности и влияния загрязнения на аквальные системы были проанализированы подвижные формы некоторых металлов (Гордеев, 1983; Сает, 1982; Horowitz, 1982). Обычно при изучении фазовой дифференциации элементов среди подвижных форм наибольший интерес представляют поверхностно-сорбированнная, карбонатная и органическая, а также формы, связанные с гидроксидами железа и марганца. Учитывая то, что в настоящее время нет универсальных методик выделения форм (Гордеев, 1983; Pagananelli et al, 2004), в работе был применен метод, характеризующийся наибольшей селективностью, а именно метод последовательных экстракций.
Гранулометрический состав осадков также учитывался в работе. Круп ность составляющих образец частиц и степень их сортировки отражает как ге незис осадка, так и динамические условия среды накопления (Руководство 1984). От крупности частиц зависит минеральный и петрографический состав осадка, и, следовательно, и его химические характеристики. Пески обычно состоят из обломочных частиц - что обеспечивает их более тесную связь с источниками сноса, в то время как в тонкофракциошшых осадках значительную долю может составлять автохтонный компонент.
Известно, что с уменьшением размеров зерен у большинства песков наблюдается сначала увеличение Si02 в связи с возрастанием обломочного кварца (Страхов, 1962; Osborn et al, 1993), а затем уменьшение Si02 и возрастание А120з и К20 из-за увеличения глинистой составляющей. В некоторых разностях песков возможно возрастание содержания щелочных металлов и глинозема, вызванное увеличением количества полевых шпатов в мелких фракциях. Максимальное разнообразие обломочных минералов, в том числе и акцессорных, характерно для фракции 0.25-0.05 мм. Нижний предел развития обломочных минералов составляет 0,01 мм (Страхов, 1962). С измельчением обломочных частиц до микронных размеров резко возрастает их химическое выветривание, которое резко видоизменяет большинство обломочных минералов, выводя их из категории кластических терригенных. В размерности менее 0,01 мм преобладают глинистые минералы. С развитием тонких фракций в аллювии происходит увеличение А1203 и К20 для гидрослюдистого, А120з и MgO для монтморило-нитового, А1203 для каолинитового глинистого материала (Шванов, 1987). Данные закономерности необходимо учитывать при интерпретации разброса химических параметров, отражающих структурные различия образований сходного генезиса.
Пространственная геохимическая дифференциация русловых литопотоков в каскадной системе бассейна Гвадалорс
Слабое накопление Mg объясняется распространенностью доломитизировшшых пород и присутствием магматических (ультраосновных) источников в литогешюм комплексе, а также господством минералов группы смектита в почвах и корах выветривания данного региона.
Итак, основные геохимические черты руслового аллювия бассейна р. Гвадалорс определяются его геоструктурным положением, горным рельефом, составом пород и почв, металлогеническими особенностями региона. Среди основных профилирующих элементов в русловом аллювии, определяющих региональную геохимическую специализацию бассейна, выделяется Са- элемент, связанный с эрозией карбонатных пород и Mg - главный породообразующий элемент магнезиальных осадочных и ультраосновных пород. В осадках песчаной размерности накапливаются элементы мафической группы, связанные с денудацией ультраосновных пород - Сг и Ni, в тонкофракционных осадках - Р, источником которого является терригенный карбонатный материал и, возможно, коммунальные и оросительные стоки в русловую сеть.
Дифференциация содержаний элементов по гранулометрическим типам осадков. Закономерности распределения элементов в зависимости от литологи-ческих особенностей осадочных пород и гранулометрического состава аллювия исследовались Н.М. Страховым (1962), К.И. Лукашовым (1972), В.А. Кузнецовым (1973) и др. Дифференциация элементов по гранулометрическим типам осадков представляет большой интерес для изучения их форм переноса и аккумуляции.
В бассейне р.Гвадалорс в среднем отмечается небольшая контрастность дифференциации (КК - КР для большинства элементов колеблется в диапазоне 1,6-0,8, табл. 4.2).
Макроэлементы. Большая группа макроэлементов (Ті, Al, Fe, Mn, Са, К, Fe, Р), а также СОг карбонатов в бассейне р.Гвадалорс имеют тенденцию к слабой или умеренной (для Р) концентрации в осадках мелкой размерности. В этом же ряду происходит увеличение содержания С02 карбонатов. Для Si, в меньшей степени для Mg и Na характерна обратная зависимость (содержание этих элементов выше в песках) (табл. 4.2). Микроэлементы. Большинство микроэлементов также накапливается в тонких осадках, однако коїпрастность накопления относительно высока лишь у Zn,Cu, V, Sr (Zn,Cu V,Sr). В песках бассейна преимущественно концентрируются только Сг и Ni (табл. 4.2).
По сравнению с другими системами, данные о которых приводятся в работе В.А.Кузнецова (1973), особенностью системы р.Гвадалорс является накопление в русловых песках, наряду с типичным элементом типоморфного комплекса - Si, группы мафических элементов - Mg, Сг и Ni. В данном случае прослеживается влияние литогешюго фактора. Хорошо известно, что ультраосновные источники поставляют материал песчаной размерности в котором содержится большое количество магнезиальных силикатов и акцессорных минералов, богатых Сг и Ni (Добровольский, 1983).
Невысокая контрастность дифференциации по гранулометрическому спектру осадков может быть обусловлена как слабой сортировкой осадочного материала в горных реках, так и особенностями анализа средних значений, в котором не учитывается пространственная вариация состава разных граігуло-метрических фракций.
В практике геохимических исследований при характеристике миграционных потоков часто пользуются понятиями "геохимическая ассоциация" или "парагенезис элементов" для обозначения группы взаимосвязанных элементов. В пространственном аспекте взаимосвязь между элементами одной ассоциации выражается в сопряженности и однонаправленности изменчивости их содержаний. Группировка элементов осуществляется за счет общности генетического источника или группы источников и за счет дифференциации вещества в ходе его миграции и аккумуляции. В гетеролитнои системе русловой миграционный поток (его "след", зафиксированный в составе русловых отложений), по-видимому, включает несколько парагенезисов, формирующихся за счет разных источников осадочного материала.
Основные сочетания элементов, характерные для русловых литопотоков бассейна р.Гвадалорс и факторы, определяющие эти сочетания были выявлены в ходе корреляционного анализа. Была проанализирована общая выборка с использованием результатов гранулометрического анализа, данных по распространенности разных типов пород в водосборных бассейнах, их порядку, по содержанию в осадках С02 карбонатов.
Среди элементов по высокой значимости корреляционных связей и сильной корреляции (г 0,7) выделяются следующие пары; Ti-Al; K-Al; Fei; Кi;Vi;V-Rb; Rbi; Rb-Al; Rb-K;V-Al;V-K; Zn-P;Zri;Zr-Nb, Mg-Cr; Mg-Ni; Ni-Cr, а также Са-ССЬ
При анализе фазовой дифференциации элементов было обнаружено, что положительной корреляционной связью с СС 2 карбонатов и потерями при прокаливании, то есть связью с карбонатной фазой характеризуется небольшая группа элементов - Са и Sr и в меньшей степени Р и Мп. Все остальные элементы, по-видимому, тяготеют к силикатной фазе (отрицательные связи с СОг карбонатов, потерями при прокаливании).
