31. Морские береговые россыпи.

Морскими называются россыпи, образовавшиеся в прибрежной зоне под действием волн и течений. Условия образования морских россыпей и континентальных принципиально иные. Кроме однонаправленных водных потоков в морских условиях действует волнение, в результате которого происходит разрушение берегов процессами абразии, перемещение продуктов разрушения горных пород и последующая их аккумуляция. При волнении существует и направленное перемещение твёрдого вещества в виде потоков наносов береговой зоны. В ходе естественной дифференциации и сепарации наносов формируется россыпь. На развитие береговой зоны влияет также соотношение водноэнергетических характеристик с распределением уклонов дна и морфологии подводного рельефа. От этих показателей зависит степень взаимодействия морского волнения с дном, особенности трансформации и диссипации водной энергии, избирательность процессов абразии и аккумуляции и строение россыпей.

Немаловажным при формировании прибрежно-морских россыпей являются некоторые показатели условий россыпеобразования: состояние береговой зоны, конфигурация изрезанности береговой линии, характеристика подводного склона, наличие подводных препятствий на пути волновых потоков и вдольбереговых течений: бухт, непропусков в виде лалеко выступающих мысов или перевалов (подводных коньонов), приустьевые лотки стока речных вод, тектонические поперечные провалы. Именно с конфигурацией береговой линии и ориентировки её к направлению волноэнергетической равнодействующей связано образование аккумулятивных форм свободного, замкнутого или причленённого типов в виде кос, баров, форм заполнения входящих углов, томболо и др., в которых могут образоваться россыпные пласты.

Источники поступления полезных минералов в прибрежно-морские россыпи можно классифицировать по петрографическому составу горных пород и литологии рыхлых отложений, по генетической принадлежности и морфологии первичных образований, а также по механизму подачи исходного металлоносного обломочного материала к месту концентрации. Если петрографический и литологический факторы действуют одновременно при образовании россыпного пласта и влияют на состав полезных компонент, то в последнем случае механизм подачи наносов к месту их обогащения и локализации имеет ряд специфических черт, в отличие от процессов, протекающих на суше. Береговая зона моря является абсолютным базисом эрозии для водотоков, впадающих в бассейн, который является местом конечной аккумуляции. Весь терригенный обломочный материал сгружается в виде твёрдого стока в береговой зоне моря. Поле разноса речных наносов определяется мощностью водотоков, их модулем стока и степенью затухания стоковых течений при вторжении рек в морскую среду. Последующее распределение и перенос терригенного материала осуществляется под действием волн и течений.

Другим источником поступления россыпеобразующих минералов являются морские берега и дно мелководья. В результате абразии берег разрушается и обломочный материал берегоформирующих пород поступает в прибрежную зону и подводный береговой склон. В результате волнового воздействия этот материал измельчается и переносится. Часть материала поступает в береговую зону в результате донного размыва и переноса материала с образованием пляжей, береговых валов и баров, сложенных ракушечниками.

Важную статью бюджета наносов береговой зоны пополняют склоновые обвально-осыпные отложения. Обломочный материал поступает по лоткам камнепадов, плоскостям сноса и отседания, а также в виде делювиального сноса и пролювиального выноса. В целом для Мирового океана объём твёрдого стока значительно превышает поступления осадков от абразии (4/5). Однако, необходимо учитывать тот факт, что россыпи тяжёлых минералов приурочены к малым водотокам.

В береговой зоне обломочный материал испытывает раздельную локализацию. Наносы твёрдого стока обычно накапливаются в бухтах, а склоновые отложения и продукты абразии питают аккумулятивные формы заполнения неровностей бкреговой линии и локализуются в виде карманных пляжей и участвуют в формировании осадочного чехла на подводном береговом склоне открытых участков побережья.

На темпы абразии берегов влияют гидродинамические параметры примыкающей акватории, морфология берегов, прочностные характеристики берегоформирующих пород и рыхлых отложений, а также климатические условия. Например, в зоне распространения вечной мерзлоты скорости разрушения берега в результате действия термоабразии на порядк выше районов с умеренным климатом. Высокие скорости размыва берегов характерны для берегов, сложенных рыхлыми отложениями (десятки метров в год), в то время как берега, сложенные литфицированными и магматическими породами разрушаются заметно медленней 2-8 мм/год. Таким образом, состав пород и их прочность определяют избирательность действия абразии и локализацию источников поступления продуктов абразии в процессе россыпеобразования.

Области накопления морских россыпей. В зависимости от объёмов поступления обломочного материала и условий его отложения в морском бассейне выделяют области нормальной, ограниченной, повышенной аккумуляции и дифицита наносов. Область нормальной аккумуляции прослеживается от уреза воды на пляже до глубин 6-10м. Толща накоплений здесь имеет сложное строение в разрезе. В ней представлены песчано-гравийно-галечниковые отложения с редкими валунами, перслаивающиеся с песчано-глинистыми слоями с включением крупной гальки и валунов. В приплотиковой части количество глины увеличивается. Россыпной пласт обычно накапливается в приплотиковых глинах.

Ограниченная аккумуляция нпблюдается на глубинах 25-27м. Осадочный чехол этой зоны маломощен и составляет 4-5м. Он залегает на коренном ложе. Преобладают алеврито-песчаные фракции, переслатвающиеся с прапластками фауны и хорошо окатанной гальки. Основание толщи составляют тёмно-серые глины. Пласт тяжёлых металлов охватывает всю толщу.

Область повышенной аккумуляции осадков приурочена к зонам волновой тени. Осадочные толщи залегают на глубине 30-35м и представлены сверху вниз чередованием разнозернистыми тонкодисперсными и среднезернистыми илистыми песками. В основании разреза залегают грубозерничтые илистые пески с галькой и детритом морской фауны. Иногда область повышенной аккумуляции совпадает с древними руслами рек. В этой зоне наблюдается меньше всего тяжёлых металлов

Область дефицита наносов прослеживается на глубинах 6-8 и 23-25м. Она располагается в пределах сильных течений. Наносы на абрадирующей поверхности дна отсутствуют и лишь в редких случаях выполняют неровности коренного ложа (0,5-1,5м). На отдельных участках дресвяники перекрываются тонким слоем крупнозернистых песков. Источниками тяжёлых металлов в морских отложениях являются коренные породы и аллювиальные отложения. Здесь располагаются самые высокие концентрации тяжёлых металлов, хотя их запасы невелики в вмду ограниченности размеров осадочных коллекторов.

Механизм образования морских россыпей имеет ряд специфических черт и связан с движением наносов в процессе волнового переноса:

1. волновые движения воды определяют процесс разрушения горных пород, движение, истирание их обломков, массовое перемещение наносов;

2. сочетание орбитальных скоростей прямого переноса и скростей орбитальных компенсационных движений воды;

3. изменение надводной части береговой зоны непосредственно зависит от процессов, происходящих в её подводной части;

4. обязательным условием динамического равновесия является асимметрия придонных скоростей.

Из приведённого выше следует, что образование морских россыпей происходит в процессе гранулометрической дифференциации и минералогической сепарации вещества, поступающего в гидродинамически активную зону.

Механизм накопления продуктивных наносов в прибрежной зоне начинает своё действие с дифференциации частиц под действием слабого волнения. При размыве осадочной толщи будут выноситься мелкие частицы и лёгкая фракция. Тяжёлые минералы накапливаются непосредственно в зоне питания. При сильном волнении в условиях активного воздействия волн на побережье тяжёлые минералы уже частично обогащённые вовлекаются в поток и осаждаются в другом месте при появлении благоприятных участков аккумуляции. Такой момент может наступить при изменении параметров волнения и ёмкости транспортного вдольберегового потока наносов, вызванного сменой ориентировки береговой линии по ходу потока. Однако, резкое падение скорости потока приводит к общему оседанию всех взвешенных частиц и не способствуют образованию промышленной россыпи. Наиболее благоприятные условия для её образования возникают при слабом и постепенном падении ёмкости потока. Тяжёлая фракция оседает быстрее, а лёгкая уносится дальше. Особенности этого роцесса отображены на Рис. 31-1.

Трансгрессивно-регрессивные этапы формирование россыпей. Для образования морских россыпей, наряду с металлогенической специализацией района, большое значение имеет история развития рельефа побережья и особенности формирования осадочных толщ при смене этапов размыва и накопления в период действия трансгрессий и регрессий. При анализе истории эволюции рельефа морских побережий выделяется несколько этапов, благоприятных для россыпеобразования. Каждый из них определяется своеобразием клитатических условий, активностью тектонических движений и характером эвстатических колебаний уровня моря, накладывающимся на общую схему циклов формирования морских россыпей.

Климат влияет косвенно на образование россыпей. Он определяет степень подготовки материнских пород к размыву, глубину и продолжительность процесса выветривания, характер коры выветривания, её мощность и свойства. Аридный климат характеризуется резкими переапдами температуры, низкими значениями влажности и количества атмосферных осадков, выпадающих в виде катастрофических ливней в сезон дождей. В этих условиях растительный покров ослаблен, и его регулирующая роль фактически отсутствует. На склонах развивается термическое выветривание и эоловый перенос рыхлого вещества. В сезон дождей в речные долины сгружается весь рыхлый обломочный материал. Скорости переноса обломков в потоке превышают в несколько раз критические, необходимые для оседания тяжёлых фракций. В результате формируются неслоистые, несортированные толщи из грубообломочного материала с песчано-илистым заполнителем. При неоднократном перемыве и переотложении он может доставляться к морским берегам за многие сотни километров от источника размыва – коренных месторождений. Так, например, в юго-восточной Африке алмазы переносятся р. Оранжевой к берегам Атлантического океана за 500-800км.

Гумидный климат характеризуется постоянной повышенной влажностью и большим количеством осадков, относительно небольшими амплитудами изменением температур. В этой климатической зоне хорошо развивается речная сеть. Основная сортировка и переотложение полезных компонент совершаются на небольшом расстоянии от коренного месторождения. Приустьевых участков достигает лишь мелкий материал. Большая же часть полезного ископаемого не достигает морского берега и оседает в пределах долинной сети континента.

Тектонические и эвстатические движения влияют на формирование морских россыпей следующим образом. При опускании территории россыпи размываются и сокращаются по площади. При медленном подъёме берега к имеющейся россыпи причленяются всё новые полосы берега, обогащённые полезным минералом (Рис.31-2). Быстрые колебания уровня моря не способствуют образованию пляжных россыпей. За относительно короткий период времени пески не успевают полный цикл обогащения и рассеиваются в слабообогащённом состоянии. Например, для дальневосточных морей выделяются два цикла поднятий-опусканий в истории геологического развития. В дочетвертичный этап сформировались узлы россыпной металлоносности, открывающиеся в пределы побережья и шельфа. В этот этап развивались мощные коры химического выветривания. В конце эоцена-начале олигоцена горообразование сменилось ослабленным вулканизмом и тектоническими движениями. Наряду с распространением кор выветривания происходили их размыв и накопление мощных толщ грубообломочных отложений как промежуточных коллекторов. Очередная фаза тектонического подъёма горных сооружений, наступившая в познем миоцене-плиоцене, способствовала усилению эрозии, что привело к размыву и переотложению материала олигоцен-миоценовых кор выветривания и россыпеобразованию. Четвертичный этап характеризуется дифференцированными тектоническими движениями и колебанием уровня моря, обусловленными резкими изменениями климата. В начале четвертичного периода возникли условия для перемыва рыхлых отложений долин, делювиальных образований и кор выветривания. В это время были сформированы богатые аллювиальные россыпи. Очередное повышение уровня моря в позднем эоплейстоцен-раннем неоплейстоцене привело к затоплению устьевых частей долин, активизации боковой эрозии, расширению долин и переотложению материала древних кор выветривания, усилилась абразия берегов. Образовавшиеся бухты медленно запалнялись обломочным амтериалом, поступающим с твёрдым стоком и в результате выравнивания береговой линии абразионно-аккумулятивной деятельностью. Последовавшая затем глубокая регрессия (до 100м) на границе раннего и среднего неоплейстоцена вызвала интенсивный врез речных долин, переуглубление русел и внедрение их за пределы поверхности бывшего шельфа. Затем последовавшая в позднем неоплейстоцене трансгрессия, обусловленная потеплением климата, повысила уровень моря на 50м и привела к затоплению аллювием речных долин. На шельфе речные долины были перекрыты плащом молодых морских отложений. Таким образом, для выявления благоприятных для россыпеобразования условий необходимо проводить подробнейшую реконструкцию рельефа с помощью арсенала палеогеографических методов.

Геоморфологические и литодинамические критерии поискаприбрежно-морских россыпей. В последние годы в изучении морских россыпей сделан значительный шаг вперёд в создании новых методов исследования: структурно-геологических, фациальных, металлогенических, геохимических и геофизических. Но в сложных условиях рельефообразования основная методика должна предусматривать комплексный анализ всех компонент среды, влияющих на россыпеобразование. Методика предусматривает анализ следующих факторов: а) наличие в прибрежной зоне коренных источников, способных дать достаточное количество полезных минералов; б) палеогеографические аспекты территории; в) условия мобилизации терригенного материала; г) условия транспортировки тяжёлых минералов; д) условия их накопления; е) геоморфологические характеристики перспективного района, благоприятные для россыпеобразования, обстановки высвобождения рудного вещества, его концентрации и возможеостей сохранения россыпей; ж) геофизические и геохимические аномалии береговой зоны.

Геоморфологические критерии поиска морских россыпей определяются условиями распространения и накопления полезных минералов в пибрежной зоне, строение рельефа дна, его происхождением, морфодинамикой и историей развития. К этим критериям относятся следующие: а) глубина и рельеф дна,. б) уклон дна, в) контур береговой линии: г) рельеф прилегающей суши (риассовый тип берега); г) рельеф прилегающей суши (наиболее благоприятные бухтовые берега холмогорий и низкогорий и равнины платформенных окраин); д) наличие впадающих в море рек и древних русел; е) наличие в характере берегового и донного абразионного воздействия; ж) геоморфологическая интерпретация истории развития данного района и выделение перспективных геоморфологических режимов для россыпеобразования; з) ширина и общий уклон шельфа; и) характер контура внешнего края шельфа (наличие выступов, связанных с палеодельтами).

Рассмотренные критерии помогают осуществить предварительную оценку перспективности тех или иных типов и форм рельефа. Кроме вышеперечисленных геоморфологических критериев необходимо оценить литодинамические критерии поиска морских россыпей. Они следующие: 1) характер питания прибрежной полосы терригенным материалом: а) аллювий рек, б) абразионный материал, в) другие способы поступления наносов – осыпи, обвалы, оползни, пролювий и др. 2) Характер питания прибрежной полосы талассогенным материалом в условиях его обогащения под воздействием гидродинамических факторов, включающих вдольбереговые потоки наносов, другие факторы волнового воздействия на перемещение отложений и их обогащение в прибрежной зоне, влияние придонных течений. 3. Условия дифференциации минеральных частиц под действием гидродинамических факторов. 4) Особенности переноса и отложения тяжёлых минералов в зависимости от их гидравлической крупности. 5) Характеристика полезных минералов, их физическая устойчивость, химическая инертность в динамически активных прибрежных условиях. 6) Реконструкция литодинамики береговой зоны древних водных бассейнов, включающих древние потоки наносов, материал палеорек, древних пляжей и древней береговой линии в целом.

Палеогеоморфологические и палеолитологические реконструкции позволяют выделить благоприятные для образования россыпей зоны и условия существования в прошлом. Как показывает изучение плигоцен-четвертичных разрезов рыхлых отложений, фазы накопления полезных минералов приходятся на эпохи вреза (понижения уровня моря) с последующим затем захоронением их под плащом осадков.