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 быть использованы 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 палеодолины 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 выступать в качестве путей для проникновения соленой воды в наземные водоносные горизонты. Более мелкие палеоканалы и палеодолины, которые обычно заполнены илистыми или глинистыми отложениями, могут выступать в качестве водоупоров, которые задерживают и выступают в качестве барьеров 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 подземными 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, которые заполняют 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, которые заполняют палеорусло, составляют лишь малую часть заполнения долины, которое в основном состоит из отложений других речных сред. [37]