В науках о Земле палеорусло , также пишется как палеоканал , представляет собой значительную длину русла реки или ручья, которое больше не переносит флювиальный сток как часть активной флювиальной системы. Термин палеорусло происходит от сочетания двух слов: палео или старый и канал ; то есть палеорусло — это старое русло. Палеорусла могут сохраняться либо как заброшенные поверхностные русла на поверхности речных пойм и террас , либо заполненные и частично или полностью погребенные более молодыми осадками . Заполнение палеорусла и вмещающие его осадочные отложения могут состоять из неконсолидированных, полуконсолидированных или хорошо сцементированных осадочных слоев в зависимости от действия тектоники и диагенеза в течение их геологической истории после осаждения. Закрытие активного речного русла и последующее формирование палеорусла может быть результатом тектонических процессов, геоморфологических процессов, антропогенной деятельности, климатических изменений или переменного и взаимосвязанного сочетания этих факторов. [2] [3]
Отрыв активной реки или ручья является наиболее распространенным речным процессом, приводящим к образованию палеорусел. Это процесс , при котором поток отклоняется от установленного речного русла в новое постоянное русло на прилегающей пойме. Отрыв может быть либо полным отрывом, при котором весь сток переносится из родительского русла в новый, либо частичным отрывом, при котором только часть стока переносится в новый. Только полный отрыв приводит к образованию палеорусла. Частичные отрывы приводят к образованию анастомозирующих каналов, когда разделенные активные каналы воссоединяются ниже по течению, и ответвлений, когда разделенные активные каналы не воссоединяются ниже по течению. [4]
Выделяют по крайней мере три совершенно разных типа отрывов: (a) отрыв путем присоединения; (b) отрыв путем врезания; и (c) отрыв путем проградации. Во-первых, отрыв путем присоединения — это отрыв, при котором существующее активное русло присваивается или существующее заброшенное русло повторно занимает человек. Во-вторых, отрыв путем врезания — это отрыв, при котором новое русло создается путем размыва поверхности поймы как прямой результат отрыва. Наконец, отрыв путем проградации — это отрыв, который приводит к образованию обширной осадконакопления и многоканальной распределительной сети. Из этих типов отрывов только отрыв путем врезания приводит к полному отказу и сохранению речного русла как палеорусла. [4]
Точные условия окружающей среды, благоприятствующие инцизионным отрывам, остаются неопределенными. Однако, в целом, считается, что им способствуют: а) быстрое намыв основного русла и поймы; б) широкая беспрепятственная пойма и дренаж в долине; и в) часто повторяющиеся наводнения большой силы. Во многих поймах эти условия и частые отрывы коррелируют с приподнятыми аллювиальными хребтами и уровнями рек. [4]
Событие или фактор, который может вызвать определенный отрыв, может быть как внешним, так и внутренним по отношению к речной системе и весьма разнообразным. Факторы, внешние по отношению к речной системе, которые могут вызвать отрыв, включают активность сброса, повышение уровня моря или увеличение пикового расхода паводка. Факторы, внутренние по отношению к речной системе, которые могут вызвать отрыв, включают приток осадка, прорыв вдоль путей животных и блокировку ледяными заторами, ростом растений, заторами из бревен и плотинами бобров. [5]
Для распознавания и картирования палеоканалов использовались различные методы. Сначала поверхностные данные с аэрофотосъемки, карты почв, топографические карты, археологические исследования и раскопки, а также полевые наблюдения были объединены с подземными данными из геологических и инженерных скважин и кернов для распознавания и картирования палеоканалов. [6] [7] Поскольку важность крупнозернистых речных отложений, связанных с палеоканалами, как источников грунтовых вод и благоприятствующих транспортировке подземных вод, стала осознаваться, геофизические методы, измеряющие физические свойства подстилающей почвы и коренной породы, а также грунтовых вод и других жидкостей, содержащихся в них, стали более важными и широко используемыми. [8] [9] Например, палеоканалы можно идентифицировать с помощью воздушных электромагнитных исследований , поскольку крупнозернистые отложения имеют большее электрическое сопротивление, чем окружающие материалы. [10] Кроме того, лидар, более сложные методы дистанционного зондирования, цифровой анализ, включая компьютерное моделирование, данных были добавлены к различным методам, используемым для обнаружения и картирования палеоканалов. [9]
Палеоканалы важны для наук о Земле, поскольку палеогидрологию доисторических рек, которые их создали, можно реконструировать по их морфологии, а отложения или осадочные породы, заполняющие палеоканалы, часто содержат датируемый материал, окаменелости и палеоэкологические прокси. Данные, полученные в результате анализа их морфологии, окаменелостей и палеоэкологических прокси, можно использовать для изучения изменений в региональной палеогидрологии, палеоклимате и палеосреде в геологических и исторических временных масштабах. [11] Морфологию и распределение палеоканалов также можно использовать для реконструкции типов, предыстории и геометрии тектонических деформаций, таких как сбросы, складчатость, поднятие и опускание в пределах области. [12]
Палеорусла часто сохраняют форму, ширину и извилистость доисторических речных русел, когда они были активны. Это важно при реконструкции доисторического климата и гидрологии, поскольку эмпирические уравнения, разработанные с использованием данных, собранных из современных рек и ручьев, могут использоваться для расчета приблизительного прошлого гидрологического режима палеорусла и связанного с ним палеоклимата. Такие эмпирические уравнения также позволяют оценить градиент палеорусла, длину волны меандра, извилистость и расход из палеорусла, обнаженного в поперечном сечении в обнажении. [13] [14] [15] Осадки или осадочные породы, заполняющие палеорусла, также часто содержат датируемый материал, микро- и мегаископаемые и палеоэкологические прокси. Мелкозернистые палеоканалы, содержащие автохтонные окаменелости позвоночных, могут, при чрезвычайно благоприятных обстоятельствах, содержать нестертые, полные скелеты, которые важны для понимания палеофауны, специфичной для данной среды обитания, и связанной с ней палеосреды. [16] [17] Мелкозернистые палеоканалы также часто содержат древесину, листья и палиноморфы, которые можно использовать для геологического датирования и понимания палеоклиматических и других палеоэкологических условий, включая прошлые осадки, температуры и климат, а также доисторические и исторические изменения климата и глобальное потепление . [18] [19] Наконец, теоретические профили равновесия рек и ручьев предоставляют данные, с помощью которых можно обнаружить и количественно оценить тектонические процессы, такие как сбросы, подъемы и опускания. Примерами смещения палеорусел в результате активного сбросообразования служат боковые движения вдоль разлома Сан-Андреас, где он пересекает Уоллес-Крик в центральной Калифорнии, [20] [21] и где разлом зоны разлома Батон-Руж вертикально смещает плейстоценовое палеорусло и палеопойму реки Эмит около Денхэм-Спрингс, штат Луизиана. [22]
Экономически важные месторождения полезных ископаемых могут быть размещены в палеоканалах и связанных с ними речных отложениях. Наиболее важными из этих месторождений являются конседиментационные палеороссыпные месторождения, содержащие золото , [23] [ 24] касситерит ( оловянная руда) [25] и минералы платиновой группы. [26] Кроме того, в заполнении палеоканалов были обнаружены диагенетические и постседиментационные руды урана [27] и железа [28] .
Хотя слои лигнита и других видов угля иногда являются частью осадочного заполнения палеоканалов, они, как правило, слишком тонкие и узкие, чтобы их можно было экономически добывать. Кроме того, они фактически встречаются в палеодолинах, которые были неправильно обозначены как палеоканалы . Обычно, когда палеоканалы образовывались, они часто частично или полностью удаляли любой лежащий под ними торф , предшественник угля. Таким образом, там, где они присутствуют, они напрямую связаны с областями тонкого или отсутствующего угля, называемыми либо вымываниями , либо угольными нуждами . Вымывания являются серьезной проблемой для добычи угля из-за резкого сокращения общего тоннажа добываемого угля и нарушения методов добычи. Кроме того, напластование и трещины в слоях, включающих палеоканалы, обычно приводят к опасным условиям, связанным с неустойчивыми высокими бортами в открытых карьерах и обрушающейся породой кровли в угольных штольнях . [29] [30] [31]
Крупнозернистые (песчаные) палеоканалы и палеодоны были предложены в качестве резервуаров или каналов для преимущественного подземного потока пресной воды. Когда они простираются от берега под континентальным шельфом, они могут либо переносить пресную воду от берега под шельфом, либо действовать как пути для проникновения соленой воды в наземные водоносные горизонты. Меньшие палеоканалы и палеодоны, которые обычно заполнены илистыми или глинистыми отложениями, могут действовать как водоупоры, которые задерживают и действуют как барьеры для движения грунтовых вод. [32]
Палеорусла часто путают с палеодолинами (или палеодолинами ) в опубликованной литературе и исследованиях подземных вод и минеральных ресурсов. [33] [34] Номенклатура палеорусл должна отражать их фактический физический характер, происхождение и эволюцию, если их связь с минеральными и грунтовыми ресурсами должна быть правильно понята. [33] [34] Таким образом, было рекомендовано [33] [34] [35] использовать термин палеорусло для неактивного русла, образованного рекой; отложения палеорусла для отложений, заполняющих палеорусло; и палеодолину для долины, прорезанной древней рекой.
Это различие важно, во-первых, потому что не все долины и палеодолины имеют речное происхождение; некоторые из них могут иметь либо ледниковое , либо тектоническое происхождение. [33] Другие палеодолины представляют собой погребенные подводные каньоны, прорезанные турбидитными потоками и массовым осушением . [36] Во-вторых, даже отложения, заполняющие речную палеодолину, не всегда являются речными осадками; часто речные палеодолины заполнены и погребены некоторой комбинацией речных, вулканических , ледниковых, эоловых , озерных , эстуарных или морских отложений. [33] Наконец, даже когда они заполнены в основном речными осадками, русловые отложения, заполняющие палеорусло, составляют лишь малую часть заполнения долины, которое в основном состоит из отложений других речных сред. [37]