книги из ГПНТБ / Трофимов, А. М. Основы аналитической теории развития склонов (на примере осыпных и делювиальных)

Таким образом, чтобы определить ведущую (преобладаю­ щую) фракцию на каждом метре осыпей длиной не выше 10 метров, можно пользоваться уравнением (1.2.5—7), а чтобы

.с известной (допустимой) точностью получить количествен- ,ное (или процентное) выражение этой фракции — уравнением

»(1.2.5—14).

§6. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ОСЫПНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ. ТИПЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕДИАННОГО

ДИАМЕТРА ОБЛОМКОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ ОСЫПИ.

КОЭФФИЦИЕНТ СОРТИРОВКИ. СООТНОШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ

1. Типы распределения медианного диаметра обломков по поверхности осыпи

Исходные положения

Выше было показано, что по поверхности осыпи может »наблюдаться закономерное распределение обломков по вели­ чине. Основной причиной, обусловливающей эту закономер­ ность, является влияние сил трения и инерционности при движении. Так как движение малых обломков в большей сте­ пени тормозится силами трения, длина их пробега значительно сокращается по сравнению с более крупными. Поэтому мел­ кие обломки остаются в верхних частях осыпи, более круп­ ные — в нижних частях.

90

В зависимости от характера развития уступа (область питания осыпи) осыпание материала может происходить либо в виде периодических осыпаний, либо в виде спорадического обрушения отдельных блоков. В первом случае движение обломочного материала преимущественно будет происходить качением, во-втором — скольжением. В первом случае облом­ ки могут продвинуться дальше вниз по осыпи; во втором случае это расстояние будет значительно меньше (ибо трение, скольжение значительно выше трения качения). Но в общем характер движения обломочного материала обусловливает наличие обратной зависимости в распределении его по по­ верхности осыпи, о чем упоминалось выше. Отклонение от этого положения (довольно часто имеющее место в природе) объясняется следующими причинами, носящими как общий, так и частный характер:

1. Воздействием выветривания, в результате действия ко­ торого происходит дробление обломочного материала; состав­

наличие продольных и поперечных трещин. Продольные тре­ щины связаны чаще всего со слоистостью пород. Протяжен­ ность этих трещин весьма значительна и сцепление по ним, по мнению К. Терцаги (1964), равна нулю. В результате этого происходит смещение отдельных блоков. Величина их обусловливается распределением поперечных трещин. Сме­ щение этих блоков не подчиняется общей зависимости и поэтому они могут встречаться в любых частях осыпи.

3. Движением обломочного материала, представленного в виде скольжения, либо перекатывания. Во втором случае обломки могут увеличивать длину своего пробега.

91

4. Влиянием формы обломочного материала на характер их движения. Более уплощенные обломки смещаются, глав­ ным образом, скольжением; округлые — перекатыванием.

5. Различным соотношением крутых и осыпных частей склонов (хаотичность распределения уменьшается с уменьше­ нием этого соотношения).

6. Наличием специфического движения мелких частиц, рассматриваемого как сумма „скачков“ различных по вели­ чине.

Значение этих случайностей, однако, с течением времени (по мере развития склона) ослабевает, чем обусловливается постепенное улучшение сортировки обломочного материала

впроцессе развития осыпи.

Врезультате влияние вышеизложенных причин, в каждом конкретном случае общая зависимость распределения обло­ мочного материала по поверхности осыпи будет проявляться своеобразно.

Основные типы частных зависимостей Md (/)

Результаты изучения осыпей склонов Среднего Поволжья, сложенных известняками, доломитами, мергелями, глинами (Р), кремнистой опокой (Pg) и глинами и мергелями (Сг) под­

твердили наличие обратной зависимости и дали возможность выделить семь специфических типов ее проявления.

Величина обломков, на каждом метре осыпи длиной /, определялась нами как медианный диаметр (Md) пробы, опре­ деленной по кумулятивной кривой.

Тип 1. Наиболее простой случай обратной зависимости (гр. 29.1). Распределение Md по поверхности осыпи носит линейную зависимость

92

Тип 6. Зависимость графически выражается сложной выпук­ ло-вогнутой кривой с четырьмя точками перегиба (гр. 29.7).

Тип 7. Зависимость, обратная типу 6 графически выра­ жается вогнуто-выпуклой кривой с четырьмя точками пере­ гиба (гр. 29.7).

Рассмотренные семь типов зависимостей Md = <?(/) охва­ тывают, по нашему мнению, все имеющееся разнообразие распределения обломочного материала по поверхности осыпей (Трофимов, Бутаков, 1966).

Возможно, что распределения обломков по поверхности осыпи по тому или иному типу связано с преобладанием одного из факторов, обусловливающих частичную хаотич­ ность распределения. Соответствие определенного фактора какому-либо из типов найдено только для первых трех типов, так как остальные являются сложными, обусловленными по­ ложением нескольких факторов.

Если с течением времени влияние факторов хаотичного распределения ослабевает, то по отдельным типам можно судить о стадийности и возрасте развития осыпей.

Наиболее вероятная общая зависимость Md (/)

Выше было указано, что распределение обломочного ма­ териала по поверхности осыпи по тому или иному типу свя­ зано с преобладанием одного из факторов, обусловливающих хаотичность распределения. При нахождении общей зависи­ мости для определенного комплекса пород (при суммирова­ нии или наложении всех факторов), частные зависимости будут накладываться друг на друга. Эта общая зависимость будет наиболее вероятной, т. к. учитывает роль воздействия не единичных факторов, а их комплекса. Поскольку общая зависимость учитывает комплекс факторов, в целом она бу­ дет содержать меньший процент ошибки, чем частная эмпи­ рическая (так как при осреднении отдельные эмпирические отклонения поглощаются).

В соответствии с этим, все полученные точки (всех типов) наносились на график 30, где по оси х отлагались значения длины осыпи от основания к вершине, а по оси у — медиан­ ный диаметр (Md) обломков. Для ликвидации влияний, вызы­

94

График 30. Наиболее вероятная (полученная с по­ мощью обобщения) зависимость распределения медианного диаметра (Md) обломочного материала по поверхности осыпи (для приведенного склона).

Полученное на графике 30 поле точек ( « 140 точек) харак­ теризуется следующими коэффициентами, выражающими сте­ пень их упорядоченности:

и довольно высоким коэффициентом корреляции (г — 0,907),

Последнее положение свидетельствует о том, что это поле точек может быть аппроксимировано прямой линией, которая выражается следующим корреляционным уравнением, отобра­ жающим линейную регрессию

по поверхности осыпи может быть классифицировано семью

щей зависимости распределения Md. Величина коэффициента сортировки (s0) является показателем процентного соотноше­ ния отдельных фракций. В верхних частях осыпей обломоч-

95

ный материал наиболее измельчен и приближается к тем от­ дельностям, которые можно считать наиболее устойчивыми. Величина их зависит от характера пород и внешних физикогеографических условий. Вниз по осыпи идет закономерное увеличение величины отдельных обломков. Однако из-за вы­ ветривания (и воздействия ряда других факторов, названных выше) некоторых из них, вниз по осыпи появляется большая вероятность нахождения совершенно несоизмеримых по вели­ чине обломков. К этому добавляется еще неравномерность распределения обломочного материала по поверхности осыпи и наличие случайностей в этом распределении. Все это уве­ личивает количество фракций, а равно и ведет за собой уве­ личение коэффициента сортировки — s0. Отсюда понятно, что 50 должен увеличиваться вниз по осыпи.

Довольно строгой зависимости s0 от общей длины осыпи

(/) найдено не было. Каждая из осыпей (для этой цели было изучено свыше 70 осыпей различных пород и различного воз­ раста. Выше, при характеристике распределения Md по по­ верхности, указаны и состав этих осыпей и возраст пород) обладает специфичной кривой зависимости, отличной от дру­

лах 0,5 — 1,0 (крайние пределы — 0—1).

Величина свободного члена принимается равной единице, так

График 31. Зависимость отсортированности (S0) крупнообломочного материала от рас­ положения его в различных точках осыпи.

96

уравнения п = 0,75. Тогда уравнение (1.2.6—8) для этого ком­ плекса пород примет вид

s0 = 1 -j- 0,75 'УL.

Исследуя уравнение (1.2.6—8), можно сделать некоторые выводы:

1. Коэффициент п изменяется, как указано выше, в преде­ лах 0,5—1,0. Однако теоретически можно предположить рас­ ширение этого диапазона до пределов 0 —1.

В первом случае (при я = 0) из (1.2.6—8) получаем s0 = l .

Сортировка материала наилучшая и практически может встре­ чаться только в идеальном случае: обломочный материал однороден по составу, обломки имеют одинаковые размеры.

Во втором случае (при ѣ — \) коэффициент сортировки зависит непосредственно от изменения I и однозначен для пород любого состава и вида. Случай также идеальный.

При максимальных значениях s0 вероятность нахождения любого по размерам обломка в любой точке осыпи практи­ чески одинакова. Это положение удовлетворяет только хао­ тичному распределению обломочного материала. Следова­ тельно, величина коэффициента п может косвенно характери­ зовать степень хаотичности распределения обломочного ма­ териала по поверхности осыпи.

2. Из приведенного уравнения можно заключить, что наилучшая сортировка отмечается у вершины осыпи; наихуд­

кее вершине коэффициент сортировки уменьшается.

3.В зависимости от изменения s0 изменяется и характер поверхности осыпи.

При плохой сортировке материала по всей осыпи, кривая поверхности осыпи стремится к прямой.

При хорошей сортировке материала кривая поверхности

осыпи также стремится к прямой и соответствует углу покоя материала (n ^ tg a ).

При возрастании сортировки материала к основанию осы­

осы п н ы х отл о ж ен и й

Всвязи с тем, что гранулометрические коэффициенты отложений являются удобными показателями для характе­ ристики этих отложений, совместное их использование при­ меняется иногда для определения генетических полей (Бута­ ков, 1962; Дедков, Бутаков, 1967).

So

5

<»

3

2

10■

График 32. Поле точек осыпного мате­ риала, полученное с помощью коэффи­ циентов Md и S0.

На основании коэффициентов Md и s0 нами (Трофимов, Бутаков, 1966) была построена диаграмма, показывающая зависимость

для упомянутых выше осыпей. Поле точек этой зависимости

подчиняется некоторой общей закономерности. В частности,

для выбранного масштаба.

Следовательно, осыпной материал характеризуется таким соотношением гранулометрических коэффициентов (s0 и Md), что полученные точки всегда будут располагаться в области, ограниченной кривыми (1.2.6—10) и (1.2.6—11). Однако срав­ нение расположения поля точек осыпного материала с поля­ ми точек материала других генетических типов (Бутаков,

98

*962; Дедков, Бутаков, 1967) показывает полное перекрытие последних. Таким образом, это поле нельзя использовать в генетических целях.

* * *

Для нахождения генетических признаков крупнообломоч­ ных склоновых отложений необходимо, совместно с показан­ ными выше коэффициентами, использовать другие количест­ венные показатели. Использование этих показателей наравне с другими видами анализа (и совместно с ними) помогает определить генезис крупнообломочных отложений в тех слу­ чаях, когда другие виды анализа менее эффективны.

§ 7. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ОСЫПНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Поверхность склонов Среднего Поволжья покрыта сплош­ ным чехлом рыхлых отложений, мощность которых дости­ гает часто 10—15 м и более. Условия формирования этих отложений обычно расшифровываются с трудом, поэтому выявление четких генетических признаков склоновых образо­ ваний является актуальной задачей.

Для определения генетических критериев некоторых типов склоновых отложений ранее нами (Трофимов, Бутаков, 1971) были предложены следующие количественные методы: грану­ лометрический и морфометрический анализы, замер ориенти­ ровки длинной оси обломков.

На основании данных гранулометрического анализа вы­ числялись медианный диаметр (Md) и коэффициент сортиров­ ки (s0), а также приведенный коэффициент сортировки (s5),

вычитанный для всех проб при едином медианном диаметре (условно приведенному, например к 5 см) (Дедков, 1965).

Морфометрический анализ обломков производился по ме­ тоду А.|Кайе (Cailleux, 1952), использовались индексы окатан-

ности ([2г/А] X 100%), уплощения ([А + B\f2C) и дисимметрии

осью В.

Для создания эталонных количественных генетических признаков изучались те типы отложений, происхождение ко­ торых не вызывало сомнений. Крупнообломочный материал осыпных отложений развит на склонах, сложенных известня­ ками верхней перми и карбона (в Жигулях), кремнистым мер­ гелем верхнего мела и опокой палеогена.