1. Механическая дифференциация

Сущность механической дифференциации проста: переносимый ма­териал обычно выпадает из путей миграции не сразу, а в последователь­ности, определяемой скоростью течения, размером зерен, их формой и удельным весом обломков (рис. 3.13). Таким образом, следует различать механическую дифференциацию по каждому из этих свойств вещества.

Дифференциация по размеру обломков (рис. 3.13, а) универсальна, хотя по степени варьирует от нулевой (осадки недифференцированы) до 180

% %

Рис. 3.13. Механическая дифференциация по размеру (а) и удельному весу (б; аиб — из Л.В. Пустовалова, 1940) и ее выражение в гранулометрическом со­ставе осадков — кривыми распределения (в) и кумулятивными кривыми (г)

Осадки: 1 — несортированные, т.е. недифференцированные, 2 — слабо диффе­ренцированные, или слабо сортированные, 3 — средне-, 4 — хорошо и 5 — очень хорошо дифференцированные (или сортированные), 6 — смешанные, возникшие в результате интеграции материала двух потоков, в каждом из которых материал был довольно хорошо отдифференцирован (или отсортирован)

в есьма высокой (осадок, обычно песок, состоит из почти равновеликих зерен). В природе, однако, никогда не осуществляется идеальная равно- зернистость механических осадков. Даже в очень хорошо сортированных . песках, например аптских в разрезе Ленинских гор Москвы, содержание фракции стандартного размера (в данном случае 0,254),1 мм) не превы­шает 80%.

При механической дифференциации частицы из потока выпадают в последовательности от крупных ко все более тонким, что докумен­тирует ослабление скорости течения (Механическая ..., 1978). При его остановке осаждается и самый тонкий, пелитовый, или глинистый, материал, который, однако, снова взмучивается и перемещается при возникновении нового движения воды, если он не успел приобрести

некоторое сцепление частиц. Сортировка улучшается при небольшой насыщенности (или нагруженности) потока осадочным материалом, длительности переноса течением или перемывания осадка волнением (и перевевания ветром) и при стабильности сортирующего фактора. Крайний случай перегруженности потока осадочным материалом — сели или турбидиты. Они нередко имеют даже состояние пульпы или грязещебнистого потока как бы с подчиненной по объему жидкой фа­зой. Сортировки при отложении этого материала не происходит, так как отлагается он сразу, при почти мгновенной потере живой силы потока на равнине перед ущельем, или каньоном. В горных реках с постоянным течением материал уже сортируется, но еще несовершен­но из-за нагруженности потока. Поэтому сортировка галечно-песча- ного аллювия горных рек, остается плохой или средней. Наилучшей она становится в аллювии равнинных рек, но по сравнению с морски­ми отложениями оценивается как средняя, реже как хорошая. При большей нагруженности потока, например при паводках и наводнени­ях, сортировка ухудшается.

В волновой зоне бассейнов дифференциация осуществляется более сложным комплексом волновых и потоковых движений воды,что приво­дит к разнообразию и пестроте типов осадков по сортировке: от плохих до весьма хороших. При этом на пляже, даже на волноприбойном отко­се, могут быть не только хорошо, но и средне сортированные пески и га­лечники. Как и в речных потоках, максимальная сортировка, видимо, осуществляется в песках, а в более грубых осадках при прочих равных условиях она снижается. Снижение сортировки наблюдается и в или­стых осадках, хотя проявление этой тенденции не так ясно, и тонкие осадки оцениваются больше по отмученности от зернистого материала. Тонкоотмученные глины, содержащие песчаного или алевритового ма­териала меньше 5-10%, редки (бблыпая часть пелагических красных глин, некоторые глины верхов турбидитовых циклитов и др.). В при­брежной приустьевой зоне сортировка часто ухудшается за счет массо­вой коагуляции коллоидов, при осаждении которых увлекается на дно и значительная часть более грубых зерен. Здесь проявляется уже интегра­ция материала.

Результаты дифференциации по размеру хорошо выражают гистог­раммы гранулометрического состава и кумулятивные кривые (см. рис. 3.13, в, г). Гистограммы, или кривые распределения, варьируют от рас­тянутых по оси абсцисс (ось размерностей зерен), без максимумов или с неясно выраженными многими максимумами — вершинами (полимо- дальные кривые) — у пролювия, грубых турбидитов и других несортиро­ванных осадков — до все более сжимающихся, все с меньшим разбросом, или дисперсией, размерностей, и все более высоких и мономодальных, отвечающих очень хорошей сортировке (при достижении ординаты 65- 70% на участке какой-то одной стандартной фракции), что выражается малым стандартным отклонением или большим эксцессом (см. ч. II, гл. 13). На всех стадиях дифференциации материала по размеру зерен, под­нимающегося по шкале гранулометрической зрелости все выше, послед­няя может как бы регрессивно ухудшиться — чаще всего при смешении, или интеграции, материала из разных источников, например при впаде- 182

нии в реку притока, поставившего иной по размерности материал по сравнению с фоновым, т.е. материалом главного потока. Двувершин- ность кривых распределения — четкий признак таких смешанных осад­ков, часто слагающихся двумя группами зерен с выпадением промежу­точных размеров (рис. 3.13, в, б).

Дифференциация по удельному весу — один из способов образова­ния россыпей золота, платины, цирконов, магнетита и других тяжелых минералов. Различия удельных весов золота (19) и кварЦа (2,65; см. рис. 3.13, б) более чем 7-кратные. Следовательно, в 7 раз более крупные силикатные обломки будут гидравлически равновелики золотинкам. Поэтому часто месторождения россыпного золота находят в конгломера­тах. В аллювиальной толще россыпи концентрируются в ее нижней час­ти, называемой “песками”, и в верхней части коренных пород — “пло­тика”, а вышележащие пески, называемые старателями “торфом”, обычно бедны этими зернами. Перемещаются россыпные зерна практи­чески только в паводки и осаждаются в нижней части плесов, где дно на­чинает подниматься (мелеть), и сразу за перекатами, где турбулент­ность замедляет у дна течение. Обогащение происходит в основном по типу конденсирования на месте при вымывании более легких зерен.

То же самое происходит в водоемах, но отличия в гидродинамике по­рождают и другие россыпи, например в волновой приурезовой зоне на пляже (Аксенов, 1972; Перемещение ..., 1965 и др.). Здесь образуются крупные месторождения цирконов, рутила, монацита, ильменита, маг­нетита, касситерита и других силикатных и окисных минералов. Тяже­лые минералы обычно концентрируются на месте при перемывании, как и при ветровом выдувании легких зерен, реже — при транспорте вдоль- береговыми потоками.

Таким образом, при дифференциации, или сортировке, зерен по удельному весу происходит их концентрация или обогащение ими осад­ков, реже — образование почти мономинеральных песков, например магнетитовых на берегах вулканических островов. Но чаще всего здесь имеет место смешение материала. Кроме того, хотя из путей миграции сначала выпадают более тяжелые зерна, но часто они проносятся даже дальше легких, поскольку обладают большей инерцией движения.

Своеобразны россыпи самых легких зерен, например янтаря (уд. вес 1,07). На современном пляже Калининградской области кусочки янтаря во много раз больше песчинок кварца и являются порфировидными включениями. После каждого шторма они выбрасываются на пляж, но тонкие обломочки сбрасываются глубже.

Интеграция происходит при наложении друг на друга дифференциа­ций по размеру и удельному весу (см. рис. 3.13, а,б), а также по форме.

Дифференциация по форме заключается в том, что из путей мигра­ции при ослаблении потока выпадают сначала изометричные, особенно шарообразные зерна, потом призматические и дальше всех уносятся пластинчатые слюдистые. Последние захороняются чаще всего в более тонких, чем их размер, осадках — в алевритах и глинах. Это же относит­ся и к плоским растительным остаткам и раковинам беспозвоночных или их обломкам. Дифференциация по форме накладывается на другие ме­ханические дифференциации, и это приводит к новому акту смешения.

В результате комплексной механической дифференциации и со­провождающей ее интеграции возникают различные по крупности осадки — от валунных до глинистых, в разной степени обогащенные тяжелыми минералами. В последние годы открыто казавшееся раньше невозможным и противоестественным обогащение тончайшим золо­том глинистых осадков. Но остается сомнение в решающей роли здесь механической дифференциации. Если и действовала дифференциа­ция, то, возможно, больше химическая, а также интеграция, вероятно даже доминирующая.