книги из ГПНТБ / Трофимов, А. М. Основы аналитической теории развития склонов (на примере осыпных и делювиальных)
.pdfОбщее решение (2.3.2—1), исходя из (2.3.2—2) и (2.3.2—4)
прилет вид
ѵ = cektf \ n t. |
(2.3.2—5) |
Подстановкой / = t0 и v — v0 (см. начальное условие) в урав нение (2.3 .2 —5) определим значение произвольной постоян ной (С)
ѵ0= cew°/ln tQ
или
c = K - / ln
Подставляя значение с в уравнение (2.3.5—5) получим окон чательное решений (2.3.2—1), показывающее скорость дви жения крупнообломочного материала
т> = ( Р° ~ 4 1п<0- ) ek‘- f\nt. |
(2.3.2—6) |
Для практического применения уравнения (2.3.2—6) надо знать конкретный вид зависимостей k — k(x, h, t) и / = f ( x , h, t). Получив эти данные и подставив их вместо
k, / в уравнение (2.3.2—6) получим конкретный вид уравнений, описывающих скорость перемещения материала данного склона.
§ 3 . Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е К Р У П Н О О Б Л О М О Ч Н О Г О М А Т Е Р И А Л А Д Е Л Ю В И Я П О П О В Е Р Х Н О С Т И С К Л О Н А
1. Исходные положения
Полевые исследования показывают, что по поверхности делювиального склона может наблюдаться закономерное распределение обломков по их величине. Основной причиной подобного распределения является описанный выше механизм образования делювиальных отложений, обуславливающий определенную сортировку обломочного материала.
В зависимости от характера стекания снос может происхо дить либо в результате плоскостного смыва, либо сформиро ванными склоновыми потоками. В первом случае захваты вается преимущественно мелкий материал и переносится на небольшие расстояния, во втором случае в движение приво дятся крупные обломки и перемещаются они на большие расстояния. Но в общем случае характер движения делю виального материала обусловливает наличие прямой зависи мости в распределении его по поверхности склона: чем дальше расположен обломочный материал от склона, тем он меньше.
170
•\
В природе однако довольно часто встречаются отклоне ния от этой зависимости, которые объясняются рядом общих
ичастных причин:
1.Способом транспортировки крупные обломки, влекомые линейным стоком переносятся дальше, чем обломки, влеко мые плоскостным стоком.
2.Интенсивностью стока, связанного с различной интен сивностью выпадения осадков или таяния снега.
3.Воздействием выветривания, в результате которого обломки распадаются на различные по величине составные части.
4. Влиянием формы обломочного |
материала |
на |
характер |
||
их движения. |
|
|
|
|
|
о. Физико-механическими свойствами обломочного мате |
|||||
риала. |
причин со |
временем |
ослабевает, |
||
Значение ряда из этих |
|||||
с чем связывается постепенное улучшение |
сортировки мате |
||||
риала в процессе развития делювиального склона. |
которые |
||||
В результате влияния |
перечисленных |
причин, |
|||
действуют в комплексе (но некоторые из них преобладают) общая зависимость распределения размеров обломков по поверхности склона проявится своеобразно.
2. Типы частных зависимостей Md (/)
Изучение 42 делювиальных шлейфов склонов Среднего Поволжья, сложенных породами известняка, доломита, мер геля, глины (Р), кремнистой опокой (Pg), и глинами и мер
гелями (Сг) подтверждает наличие прямой зависимости в рас пределении обломков по поверхности склона по их величине.
Для |
проведения |
дальнейших работ, величина |
обломков |
||||
на каждом |
метре делювиального шлейфа (/) |
определялась |
|||||
как медианный диаметр (Md) пробы |
(100 штук), |
определен |
|||||
ный по кумулятивной кривой. |
линейной |
зависимости |
|||||
Тип |
1. |
Наиболее |
простой случай |
||||
(гр. 52); |
распределение Md |
по поверхности может быть за |
|||||
писано уравнением |
прямой линии |
|
|
|
|||
|
|
|
Md = al + b. |
|
|
(2.3.3-1) |
|
Тип 2. Нелинейный случай зависимости Md (/). |
В отличии |
||||||
от первого более сложный. |
Кривая |
имеет одну точку пере |
|||||
гиба. Зависимость вполне может быть аппроксимирована квадратичной параболой вида
Md = аІг + Ы + с. |
(2.3.3—2) |
Тип 3. Наиболее сложный случай. |
Зависимость M d(/) |
сложная, представленная ломаной кривой.
171
Каждый из типов от ражает генетическую сущность рассматривае мого делювиального шлейфа. Тип 1 характе ризует зависимость Md (/), где материал пере носится плоскостным смывом. Тип 2 характе ризует распределение Md по склону, где делювий сформирован мелкоручейковым смывом; и тип 3 показывает вид зави симости Md(/) для скло на, делювий которого сформирован линейным смывом в эрозионных бо роздах.
Итак, рассмотренные три типа зависимости Md (/) должны охваты вать все имеющиеся раз нообразия распределения Md обломков по поверх ности склона.
3. Наиболее вероятная общая зависимость Md(/>
При описании случай ностей в отклонении от общей тенденции в рас пределении Md (/) было
указано на ряд факторов, которые обусловливают различия в типах зависимости Md(/). Наиболее существенным оказа лась первая причина — способ транспортировки; другие при чины, видимо, играют меньшую роль. Тем не менее все они обусловливают хаотичность в распределении. При нахожде нии общей зависимости для определенного комплекса пород, частные зависимости будут накладываться, поэтому общая зависимость Md (/) явится наиболее вероятной, ибо учитывает роль не единичных факторов, а их комплекса. В этой связи она будет содержать меньший процент ошибки (ибо при ос
реднении отдельные |
эмпирические отношении поглощаются). |
|||||
Все полученные |
точки (всех |
типов) |
наносились |
на |
||
график 53, |
где по оси х отложены |
значения |
длины |
делю |
||
виального |
шлейфа, а по оси у — Md. |
В связи с тем, |
что |
все |
||
172
изучаемые шлейфы имели различную длину, для |
ликвидации |
|||||||||
различий, вызываемых этим |
положением, |
длины |
всех |
шлей |
||||||
фов приводились к единой условной длине |
1^(1 = |
\0 |
м). |
|||||||
Аналогичные |
действия |
проведены |
|
и с |
Md, |
приведя |
их |
|||
к Md5(Md = 5 см). Переводные коэффициенты |
и |
методика |
||||||||
изложены в разделе, касающемся |
вопроса о характере |
рас |
||||||||
пределения Md обломков по поверхности |
осыпи. |
характе |
||||||||
На графике |
показано |
поле точек |
(их всего 80), |
|||||||
ризующихся следующими величинами |
упорядоченности |
|
|
|||||||
|
о, = 2,87; |
о2/ = |
8,283 |
|
|
|
|
|
||
cMd = l,44; o2Md = 2,069.
Степень связи Md и / достаточно высока. Коэффициент кор реляции равен 0,82 (г = 0,82 ± 0,04). Последнее положение
показывает, что полученное поле точек тяготеет и линейной зависимости и может быть достаточно точно аппроксими ровано уравнением прямой линии
Md = |
0,36 + 0,41/. |
(2.3.3—3) |
Таким образом, в |
пределах определенного |
комплекса |
пород для условий специфичной транспортировки зависи мость Md(/) может быть охарактеризована тремя типами; общая же зависимость — линейная, описываемая уравнением
(2.3.3- 3).
§ 4. СОРТИРОВКА КРУПНООБЛОМОЧНОГО ДЕЛЮВИАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА ПО ПОВЕРХНОСТИ СКЛОНА.
СООТНОШЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
Причины, вызывающие хаотичность в распределении ме дианного диаметра обломочного материала по поверхности склона, являются одновременно причинами, обусловливаю щими изменения сортировки материала (S0). Поскольку боль шие обломки скорее выпадают в осадок, а более мелкие уносятся дальше, в делювиальном шлейфе, вообще говоря, должно быть увеличение отсортированности вниз по склону. Однако неравномерность в интенсивности сноса обусловли вает широкий диапазон расстояний, на которые могут сно сится обломки. Отсюда — резкие отклонения от общей за кономерности.
В связи с тем, что Md и S0 считаются достаточно удоб ными для характеристики отложений гранулометрическим коэффициентами, совместное их использование рекомен дуется иногда для выделения генетических полей (Бутаков, 1962). Для 22 делювиальных шлейфов склонов Среднего Поволжья была построена диаграмма соотношения Md и S0.
173
График 54. Поле точек зависимости длч делювиального (крестики) и осыпного (кружочки) материала. С помощью дискриминантной функции найдена прямая линия (на гра фике при L = 0), разделяющая поле на две области: верх няя— область преимущественного распространения точек зависимости для осыпного материала; нижнее — для делю
виального материала.
На графике 54 по оси х |
отложены значения 50, а по оси у |
— |
|
значения Md. Данные |
для графика взяты из |
таблицы |
26 |
^для делювиального материала) и для сравнения |
таблицы 20 |
||
(для осыпного материала). Величина коэффициента сорти ровки (50) находится в пределах 1,5—2,0, а значение Md характеризуются лимитами 1,5—4,5. Для сопоставления на график нанесены точки для осыпного материала (кружочки).
Разброс точек большой, перемеживаемость их с точками
осыпного |
материала |
также значительна, хотя |
можно выде |
|||||||||
лить с помощью дискриминантной функции |
самостоятельное |
|||||||||||
генетическое |
поле |
делювиального |
материала. |
Зависимости |
||||||||
в распределении S0 |
от Md и наоборот на |
графике просле- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
26 |
|
|
Средние |
значения |
и размах |
колебаний коэффициентов |
|
|||||||
|
|
делювиального крупнообломочного материала |
|
|
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
|
Md |
4,3 |
2,7 |
|
2,5 |
|
3,1 |
3,8 |
3,5 |
3.8 |
|
2,8 |
2,6 |
So |
1,79 |
1,61 |
1,53 |
1,53 |
2,00 |
1,73 |
1,52 |
|
1,59 |
1,89 |
||
s 5 |
1,65 |
1,29 |
1,23 |
1,30 |
1,69 |
1.46 |
1,37 |
|
1,29 |
1,38 |
||
10 |
11 |
|
12 |
|
13 |
14 |
15 |
16 |
Сред |
Размах |
||
|
|
нее |
|
колебаний |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3,6 |
2,8 |
|
3,2 |
|
2,7 |
2,5 |
1,9 |
4,2 |
3,1 |
1 ,9 -4 ,3 |
||
1,61 |
1,95 |
|
1,75 |
|
1,61 |
1,67 |
1,83 |
1,47 |
1,69 |
1,47—2,00 |
||
1,40 |
1,45 |
|
1,43 |
|
1,29 |
1,29 |
1,25 |
1,38 |
1,38 |
1,23—1,69 |
||
174
живается слабо; и* наконец, учитывая, что подобное поле точек делювиального материала, почти полностью перекры вается полем точек осыпного материала, его нельзя исполь зовать в генетических целях,
§ 5. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Выше, в идентичном разделе об осыпях, было сказано, что поверхность склонов Среднего Поволжья покрыта сплошным чехлом отложений (мощностью до 10—15 м),
условие формирования |
которых обычно расшифровываются |
|
с |
трудом. В этой связи |
весьма актуальным является вопрос |
о |
выяснении четких генетических признаков. Для этой цели |
|
ранее были предложены количественные методы: грануло
метрический и морфометрический анализы и замер |
ориенти |
|||||
ровки длинной оси обломков. |
позволяли |
найти |
||||
Данные |
гранулометрического анализа |
|||||
Md, |
S0, Ss; |
морфометрический анализ производился |
по ме |
|||
тоду |
А. Кайё (описание |
методики см. |
в разделе об осы |
|||
пях). |
Крупнообломочный |
делювиальный |
материал |
изучался |
||
на склонах, сложенных известняками, мергелями верхней перми, кремнистым мергелем верхнего мела и опокой па леогена.
1. Гранулометрическая и морфометрическая характеристика
В таблице 26 приведены результаты обработки 16 проб делювиального материала. Колебание медианного диаметра обломочного материала (Md) 1,9—4,3 при среднем значении
Md = 3,1 .
Коэффициент S0 имеет колебания 1,47—2,00; среднее 1,69. При сопоставлении со значением S0 обломочного материала других генетических типов, было найдено, что S0 не дает существенных различных (т. е. не играет генетического зна чения). Степень отсортированности определялась по коэф фициенту S5 (описание методики см. выше). Например, при сопоставлении с S5 осыпного материала можно увидеть, что размах колебаний S5 для делювиального материала зна
чительно уже (1,23—1,69), чем осыпного (1,19—2,63). Сред нее значение для первого — 1,38, для второго — 1,52.
Коэффициент S5 зависит довольно сильно от уклона склона. В частности, при увеличении крутизны склона, сор тировка материала уменьшается, что может быть отчетливо выражено графиком 55, построенным Г. П. Бутаковым и А. П. Дедковым (1971).
175
л*
30- |
|
|
|
|
|
|
|
|
25. |
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
||
120 ■ |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
/ |
•• |
|
|
|
|
|
|
45- |
|
/ |
|
|
|
/ |
|
|
|
/ * |
* |
|
|
|
|
||
10 • |
/ |
* |
|
|
|
/ |
|
|
f |
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
\ |
ч |
* |
„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
О |
1 |
1 |
' |
I |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1.0 |
1,1 |
1,2 |
|
1,3 |
||||
График 55. Зависимость отсортированно-
сти делювиальных обломков от крутизны склона (по Г. П. Бутакову и А. П. Дедко-
ву, 1971).
Морфометрическая ха рактеристика делювиаль ного материала приведе на в таблице 27. Коэффи циенты окатанности, ди симметрии и сплющен ности высчитывались в целом по всей пробе и отдельно для фракций
10—25 и 25—50 мм.
Судя по таблицам, окатанность делювиаль ного материала колеблет ся в пределах (в среднем по пробам) от 20 до 100, но в подавляющем боль
шинстве случаев от 50
до 100.
Индексы сплющенно сти (2,25—4,88, средняя 2,72) и дисимметрии (631—678; сред нее 667) имеют значение, близкие к осыпным, а потому не могут иметь генетического значения.
Цельную гранулометрическую и морфометрическую ха рактеристику делювиального материала дает таблица 28.
Помимо средних значений коэффициентов (х), вычислен ных на основании анализа довольно большого числа проб, в таблице даны и стандартные отклонения конкретных зна чений коэффициентов от средних (о).
Т а б л и ц а 27
М о р ф о м е т р и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а д е л ю в и а л ь н о г о м а т е р и а л а
10-25 |
34 |
68 |
75 |
135 |
120 |
109 |
95 |
64 |
79 |
82 |
83 |
|
2 5 -50 |
10 |
38 |
41 |
69 |
61 |
53 |
67 |
30 |
34 |
41 |
44 |
|
Проба |
22 |
53 |
58 |
102 |
90 |
81 |
81 |
52 |
57 |
62 |
64 |
|
|
|
|
|
|
Сплющенность |
|
|
|
|
|||
10—25 |
5,7312,45 |
2,40 |
2,71 |
2,82 |
2,46 |
2,83 |
2.29 |
2,52 |
2,43 |
2,86 |
2,29—5,73 |
|
25 -50 |
4,50 2,31 |
2,26 |
2,34 |
2,57 |
2,25 |
2,78 |
2,51 |
2,69 |
2,08 |
2,63 |
2,08 -4,40 |
|
Проба |
4,88[2,38 |
2,33 |
2,52 |
2,70 |
2,35 |
2,80 |
2,40 |
2,61 |
2,25 |
2,71 |
2,25—4,88 |
|
10-25 |
702 |
666 |
673 |
662 |
Дисимметрия |
|
644 |
|
|
610—702 |
||
615 |
626 |
657 |
626 |
610 |
649 |
|||||||
25—50 |
670 |
670 |
711 |
657 |
677 |
666 |
698 |
650 |
659 |
652 670 650-711 |
||
Проба |
664 |
663 |
692 |
659 |
646 |
676 |
678 |
638 |
652 |
631 |
657 |
631—678 |
176
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 28 |
||
|
Средние значения |
и стандартные |
отклонения |
|
|
|||||||
гранулометрических и морфометрических коэффициентов |
|
|||||||||||
|
|
|
делювиальных отложений |
|
|
|
|
|||||
Петро |
Md |
|
So |
|
s 5 |
|
Кок |
|
Куп |
^■дис |
||
графиче |
|
|
|
|
||||||||
ский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
состав |
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
' мате |
X |
о |
X |
а |
X |
а |
X |
X |
а |
X |
С |
|
риала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Извест |
2,8 |
0,4 |
1,71 |
0,16 |
1,37 |
0,12 |
99 |
28 |
2,90 |
0,65 |
650 |
27 |
няк |
||||||||||||
Кремни |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мергель |
|
|
|
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
18 |
и опока |
3,1 |
0.6 |
1,69 |
1,38 |
0,13 |
64 |
22 |
2,72 |
0,77 |
653 |
||
|
2. |
Грануломорфоскопическая |
диаграмма |
|
|
|||||||
Величины |
стандартных |
отклонений |
указывают |
на |
боль |
|||||||
шие колебания конкретных средних значений грануломе
трических |
и морфометрических коэффициентов, в связи |
|||
с |
чем эти |
показатели, |
взятые в отдельности, не являются |
|
четкими генетическими признаками. |
||||
и |
Совместное использование |
коэффициента сортировки (S5) |
||
индекса |
окатанности |
(Кок) |
в виде грануломорфоскопиче |
|
ской диаграммы (Дедков, Бутаков, 1967) дает надежную основу для определения генезиса крупнообломочного мате риала.
График 56. Грануломорфоскопическая диаграмма для делю виальных (I) и осыпных (2) отложений.
Д-316.-12 |
177 |
На графике 56 показана диаграмма для осыпных и делю виальных отложений, эти отложения образуют два поля, хорошо разделяющих друг от друга. В связи с минималь ными значениями окатанности осыпных обломков поля их точек располагаются вблизи горизонтальной оси. Поле точек проб делювиального материала располагается выше.
3. З ак о н о м ер н о с ти р асп р ед ел ен и я |
к р у п н о о б л о м о ч н о го |
м атери ала д ел ю ви я по |
ск л о н у |
Закономерное распределение обломков по величине по длине делювиального шлейфа также можно отнести к числу четких генетических признаков.
При определении закономерности распределения Md по склону для делювиального материала были выявлены две различных зависимости, характеризующие делювий плос
костного |
и линейного смыва. Общая же зависимость, |
пока |
||
зывающая |
наиболее вероятный |
вид связи |
Md(/) характери |
|
зуется уравнением прямой линии (2.3.3—3). |
отложениях |
плос |
||
Крупность материала в делювиальных |
||||
костного |
смыва определяется |
крутизной |
склона (гр. 57). |
|
Эта зависимость выражается корреляционным уравнением |
||||
|
Md = 1,3 + 0,093а |
(2.3.5-1) |
||
тизны склона и возрастанием нагруженности потока обло мочным материалом. В области аккумуляции (от точки В до точки Д) снова наблюдается укрупнение материала до точки С, в которой происходит наиболее интенсивное выпадение
материала в осадок. К периферии области |
аккумуляции про |
||
исходит резкое уменьшение Md. |
|
склону обломков |
|
Таким образом, |
в распределении по |
||
делювиального материала этого |
подтипа |
отмечаются два |
|
пика, приуроченные к областям |
наибольшей денудации и |
||
наибольшей аккумуляции. |
|
|
|
4. |
О р и ен ти р о вка |
о б л о м к о в |
|
Надежным генетическим признаком делювиальных отложе ний является ориентировка большой оси обломков.
Ориентировка современного делювиаль ного материала, образованного плоскостным смывом, аналогична ориентировке обломков в нижней части осыпи (гр. 59): длинная ось обломков перпендикулярна падению склона.
Для делювия, образованного линейным смывом, в ориентировку обломков кор рективы вносит преобладающее направле ние потока (часто несовпадающее с паде нием склона) и положения обломка на конусе выноса. Здесь можно выделить два случая:
— При совпадении направления потока на конусе с падением склона, длинная ось обломков ориентирована перпендикулярно к ней;
— При несовпадении направления по тока на поверхности конуса с падением склона, длинная ось обломков откло