Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2022, № 4, стр. 3-15

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, в ущельях рек и ручьев, прорезающих горные хребты, бывает чрезвычайно трудно обнаружить даже отдельные следы террасирования, а тем более установить строение всего террасового ряда. Между тем в ряде случаев подобные исследования, в том числе палеоэкологические, весьма актуальны. Примером может служить необходимость оценки возраста пещер с палеолитическими стоянками и т.п.

В самом общем виде поставленная задача решается путем сопоставления террасовых образований ущелья с террасовым рядом ближайшей крупной (магистральной) долины, а в случае необходимости и с более удаленными долинами, на террасовый ряд которых опирается местная стратиграфическая схема. При этом во многих случаях приходится решать ряд важных общих и частных проблем.

Проблема применения оротектонического метода. Возрастное расчленение рельефа с выявлением строения террасовых рядов долин и водоразделов является одной из основных задач разрабатывавшегося длительное время оротектонического метода [11]. Данный метод предполагает создание сети геоморфологических профилей орогена, включающей основные стратотипы и учитывающей неотектоническое районирование, которое определяет деформации выделяемых геоморфологических уровней. В этом методе анализируются затрагиваемые ниже проблемы выявления, корреляции и датировки террасовых рядов и геоморфологических уровней.

Проблема строения типичного неоплейстоценового террасового ряда активных орогенов. Схема строения террасового ряда в горных областях может быть сложной, несколько различающейся в блоковых и складчато-блоковых элементах [10, 7, 11 ] . Обычно в тылу долины располагается подзона “русловой лестницы”, наиболее протяженная у водотоков с относительно слабой эрозионной активностью. Возраст самой молодой ступени этой “лестницы” определяет время консервации соответствующего отрезка долины, когда в нем прекращается существенная глубинная эрозия. В долине на границе с впадиной происходит “ныряние” террас с налеганием молодого аллювия на древний, т.е. наблюдаются “террасовые ножницы”. В долинах, пересекающих чередование воздымающихся разновысотных блоков, ущелистые участки связаны, как правило, с горстами, а наиболее четко выраженные террасовые ряды обычно приурочены к расширениям в относительно пониженных структурных ступенях и локальных впадинах. Наиболее сложно выявляются террасовые ряды в ущельях маловодных рек, часто служащих притоками более крупных рек. В них законсервированными могут быть значительные по протяженности верховья, вплоть до большей части или всего ущелья. Именно к таким законсервированным частям ущелий бывают приурочены пещерные стоянки древнего человека, например, известная стоянка Тешик-Таш в горах Средней Азии [7, 14].

Проблема датировки четвертичных террасовых образований. Данная проблема имеет ряд аспектов, важных для датировки местных террас [9, 7, 11 ] .

Во-первых, в ряде орогенов, в том числе в Тянь-Шане и на Кавказе, традиционно фиксируются четыре разномасштабных по глубине и ширине группы врезов − последовательные группы высоких, средних, низких и прирусловых террас. При этом отмечается, что группы низких и средних террас обычно двучленны. Но встречаются ситуации с более дробным делением (“расщеплением”) этих региональных подразделений.

Во-вторых, отмечается принципиальная разновозрастность основных рубежей Общей стратиграфической шкалы (ОСШ) неоплейстоцена и реальных эрозионно-аккумулятивных циклов, формирующих террасы. У таких циклов начальные фазы активизации глубинной эрозии обычно отвечают регрессивным стадиям морей и океанов и ледниковым стадиям, а подразделения ОСШ начинаются с межледниковых и трансгрессивных стадий. Поэтому индексация их различна. Для упомянутых групп террас используются индексы Q₁, Q₂, Q₃ и Q₄, отражающие последовательность их формирования, а для неоплейстоценовых подразделений ОСШ – индексы: Q_I, Q_II, Q_III и Q_IV.

Следует отметить некоторые особенности строения региональных стратиграфических схем. В них, как правило, три последних комплекса двучленны. Кроме того, в ряде регионов активного новейшего орогенеза многие региональные террасы, особенно террасы комплекса средних высот (Q₂), подвержены локальному расщеплению.

В-третьих, важно учитывать неоднократные изменения ОСШ четвертичных отложений, влияющие на датировку местных террасовых рядов. Не вдаваясь в сложную историю данного вопроса, отметим необходимость учета следующих важных положений. Основание четвертичного периода последовательно понижалось сначала на уровень 1.8 млн лет, а в настоящее время располагается на уровне 2.6 млн лет назад. Теперь этот период делится на голоцен (Q_IV = 0–0.0117 млн лет) и плейстоцен (0.0117–2.6 млн лет). Плейстоценовый отдел (надраздел) включает: неоплейстоцен (0.0117–0.781 млн лет), эоплейстоцен (Q_E = калабрий с датировкой в интервале 0.781–1.8 млн лет) и палеоплейстоцен (Q_P = гелазий в интервале 1.8–2.6 млн лет) [2, 16]. В результате этих изменений возможны разночтения в индексации отдельных подразделений, например, эоплейстоценовые террасовые образования ранее часто датировались индексом ${\text{N}}_{2}^{3}$–Q₁.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОГО РАЙОНА

В качестве объекта, на примере которого иллюстрируется применяемая методика, рассматриваются фрагменты магистральной долины р. Баксан и ущелья ее правого притока малой р. Фандуко на северном склоне Центрального Кавказа. В этом ущелье расположена пещера Сарадж-Чуко, в которой находится стоянка палеолитического человека [3].

Целью исследования является необходимость определения возраста возникновения пещерной полости для оценки принципиальной возможности выявления следов более раннего ее посещения древними людьми по сравнению с уже выявленными культурными слоями. Как будет показано ниже, достижение этой цели встречает целый ряд препятствий, обусловленных местными особенностями геоморфологического и неотектонического строения данного района.

Исследуемая низкогорная территория характеризуется относительно сглаженными водоразделами, широкими разработанными долинами крупных рек (Баксан, Малка, Подкумок) и узкими ущелистыми долинами небольших рек, в том числе р. Фандуко (рис. 1).

Рис. 1.

Мелкомасштабная схема неоструктурного районирования восточной части Центрального Кавказа в районе бассейнов рек Чегем, Баксан, Малка и Подкумок. 1 – Кабардинская впадина; 2 – осевое поднятие мегасвода; 3–5 – структуры северного крыла мегасвода: 3 – зоны поднятий, 4–5 – структурные ступени (4 – высокие, 5 – низкие); 6 – Пшекиш-Тернаузская шовная зона; 7 – разрывы; 8 – флексуры; 9 – грот Сарадж-Чуко; 10 – вулкан Эльбрус; 11 – территория, неотектоническая схема которой представлена на рис. 2.

Анализируемый участок долин Баксана и Фандуко расположен в пределах крупной Чегемской структурной ступени, которая в свою очередь включает ряд локальных структур (рис. 2) [12].

Рис. 2.

Схема локального эоплейстоцен-неоплейстоценового районирования долины р. Баксан в районе села Заюково и смежных территорий. 1–3 – разрывные нарушения: 1 – сбросы, 2 – сбросо-флексуры, 3 – погребенные разрывы; 4–5 – флексуры: 4 – локальные, 5 – региональные; 6–7 – номера структур: 6 – разрывных и флексур (1 – Южнохарахорский сброс, 2 – Восточнохарахорская флексура – погребенный сброс, 3 – Северошитлярская флексура, 4 – Арсаюкский сброс-флексура, 5 – Мешокский сброс, 6 – Южнозаюкинская флексура, 7 – Среднефандукская флексура, 8 – Северофандукская флексура); 7 – блоковых (1 – Харахорское поднятие, 2 – Шитлямыжское поднятие, 3 – Западнозаюкский грабен, 4 – Заюкская впадина, 5 – Мешокская ступень, 6 – Фандукская ступень, 7 – Северофандукская ступень); 8–11 – типы блоковых структур: 8 – грабены, 9 – горсты, 10 – структурные ступени, 11 – Кабардинская впадина; 12 – грот Сарадж-Чуко.

Водораздел Баксана и Фандуко сложен почти 250-метровой покровной Нижнечегемской толщей липаритовых лав, риолитовых игнимбритов и туфов [6]. Абсолютный возраст данной толщи определяется рядом датировок в интервале от 3.7 ± 0.6 до 2.1 ± 0.2 млн лет [1, 17], что позволяет считать ее позднеплиоценово-раннепалеоплейстоценовой. Соответственно, наиболее древний водораздельный геоморфологический уровень может быть палеоплейстоценовым (точнее – позднепалеоплейстоценовым), а первый эрозионный врез в этот водораздел рассматриваемых долин – эоплейстоценовым.

СТРОЕНИЕ ТЕРРАСОВОГО РЯДА МАГИСТРАЛЬНОЙ ДОЛИНЫ

Террасы р. Баксан изучались на значительном расстоянии (табл. 1, рис. 3) [15]. Но исходная схема потребовала некоторой доработки, поскольку опиралась исключительно на группировку террас по высоте, к тому же без учета (“отбраковки”) локальных террас врезывания и мощности покровных отложений. Кроме того, естественные неровности рельефа не позволяют оценивать высоты террас с точностью до 1 м, как это делалось ранее. Правильнее пользоваться округленными величинами.

Рис. 3.

Продольный профиль террас в долине р. Баксан (по [15] с дополнениями). 1–5 террасы: 1 — эоплейстоценовые; 2 — ранненеоплейстоценовые; 3 — средненеоплейстоценовые; 4 — поздненеоплейстоценовые; 5 — голоценовые; 6 — корреляционные линии; 7 — профиль русла; 8–10 — отложения, слагающие террасы: 8 — пески, 9 — галечники и валунники, 10 — валунно-галечные с включениями крупных глыб; 11–12 — отложения, слагающие цоколи террас: 11 — туфы и ингибриты (${\text{N}}_{2}^{3}$ак-Q_E), 12 — вулканогенно-пролювиальные осадки баксангэсской свиты (${\text{N}}_{2}^{3}$ак-ар); 13 — цоколи террас. Арабскими цифрами обозначены относительные высоты террас и цоколей.

Применение стратиграфо-геоморфологического подхода с выделением разномасштабных комплексов эрозионных циклов [7], т.е. учета глубин эрозионных врезов, позволило несколько уточнить первоначальную схему [3]. В частности, было установлено, что по величине (глубине) эрозионного вреза (45 м) терраса, считавшаяся ранее наиболее древним элементом Кызбурунского комплекса, должна относиться к Малкинскому комплексу. Соответственно, Малкинский комплекс включает не три, а четыре террасы. Подобный пересмотр обычен при контроле морфологической группировки террас с помощью масштабного эрозионно-циклового расчленения, особенно при первоначально 3-членном составе низких террас [7, с. 47].

На рассматриваемом участке в пределах Нальчикской региональной флексуры наблюдаются хорошо выраженные “террасовые ножницы” р. Баксан. Перед ними находится расширение долины у с. Заюково в Заюкской впадине (см. рис. 2, 4). Выше долина суживается в пределах Западнозаюкского грабена (3), расположенного между Харахорским (1) и Шитлямыжским (2) поднятиями (см. рис. 2).

Наиболее полно неоплейстоценовый террасовый ряд выражен в Заюкской впадине, на левобережье р. Баксан (рис. 4).

Рис. 4.

Фотопанорама и топооснова района с. Заюково с элементами четвертичного террасового ряда на левобережье р. Баксан. 1–3 – новейшие разрывные структуры: 1 – сбросы, 2 – погребенные сбросы, 3 – флексуры.

Здесь результирующая схема, разработанная с учетом приведенных выше замечаний, в самом общем виде выглядит следующим образом (табл. 2, рис. 5).

Рис. 5.

Принципиальная схема террасового ряда долины р. Баксан у с. Заюково. 1 – покровные отложения, 2 – аллювиальные отложения, 3 – абсолютные/относительные высоты террасовых поверхностей в метрах.

В приводораздельной части узкая эоплейстоценовая (Сармаковского комплекса Q_E) гряда обрамляется довольно широким ранненеоплейстоценовым (Кубинского террасового комплекса Q₁) высоким террасовым уровнем, который восточнее ближе к Нальчикской флексуре (в начале зоны “террасовых ножниц”) трассируется мощным (до 100 м) аллювием и, в свою очередь, очевидно, перекрывается покровными отложениями. Глубина Кубинского эрозионного вреза достигает 180 м.

Малкинский террасовый комплекс (Q₂) в средней части с. Заюково представлен двумя широкими цокольными террасами – это комплекс террас средних высот. Обе террасы расщепляются и перекрыты чехлами покровных отложений. Так, выделенные здесь ранее [15, с. 88] террасы высотой 750/150 м (указываются абсолютная и относительная высоты) и 700/100 м являются локальными уровнями одной верхней террасы данного комплекса. Низкая терраса также имеет два уровня (660–670/60–70 м и 640–645/40–45 м). В результате общая глубина малкинского эрозионного вреза составляет примерно 160 м.

Кызбурунский террасовый комплекс (Q₃) низких террас представлен двумя аккумулятивными террасами, валунно-галечный аллювиальный чехол которых перекрыт покровными пролювиально-делювиальными щебнисто-глыбовыми и суглинистыми покровными отложениями мощностью местами до 10 м. Именно эти террасы заняты основной частью жилой застройки и огородами с. Заюково. Часть сближенных низких террас, выделявшихся Г.И. Рейснером и Б.М. Богачкиным [15], является локальными террасами врезывания, которые только осложняют строение региональных террас.

Суммарная глубина двух эрозионных врезов Кызбурунского комплека вряд ли превышает 30–35 м. Следовательно, она примерно в 5 раз меньше аналогичного эрозионного вреза Малкинского комплекса.

Голоценовый террасовый комплекс (Q₄) прирусловых террас слабо углублен в низкую террасу Кызбурунского комплекса. Его аллювий часто прислонен к верхненеоплейстоценовому аллювию. Комплекс представлен низкой террасой и поймой с суммарной глубиной эрозионного вреза вряд ли большей 10 м. Это в 3–4 раза меньше эрозионного вреза Кызбурунского комплекса.

Таким образом, выделенные здесь разновозрастные региональные террасы по глубинам своих эрозионных врезов определенно группируются в разномасштабные террасовые комплексы. Эти комплексы различаются и морфологически, формируя водораздел (Сармаковский комплекс), приводораздельный (Кубинский комплекс) и основной (Малкинский комплекс) склоны, а террасы Кызбурунского комплекса образуют здесь широкое днище долины р. Баксан, которое очень незначительно углубляется узким извилистым врезом прируслового Голоценового комплекса.

МЕТОДИКА ВЫЯВЛЕНИЯ ТЕРРАСОВОГО РЯДА УЩЕЛЬЯ И СОПОСТАВЛЕНИЕ ТЕРРАСОВЫХ РЯДОВ БАКСАНА И ФАНДУКО

Рассмотренный выше четкий террасовый ряд р. Баксан наблюдается только на ее левобережье. На правобережье присутствие локальных разрывов и флексур осложняет строение северного склона водораздела между Баксаном и Фандуко. Поэтому здесь невозможно дать прямое графическое сопоставление террасовых рядов Баксана и Фандуко. В этом случае придется опираться на сопоставление комплексов террас, а при таком сопоставлении нужно будет учитывать, что по отношению к этому водоразделу суммарная глубина эрозионного вреза р. Фандуко более чем в 2.5 раза меньше подобной глубины р. Баксан.

Грот Сарадж-Чуко располагается в нижней части глубокого (глубиной почти до 200 м) ущелья р. Фандуко, которое врезано в вулканогенные плиоцен-палеоплейстоценовые образования, формирующие залегающий на водоразделах покров мощностью до 250 м. Ниже по течению реки под этим покровом обнажаются олигоценовые карбонатные глины и мергели.

Большая крутизна и залесенность левого борта каньонообразной долины Фандуко не позволили непосредственно составить ее профиль с помощью геодезических измерений. Такие измерения доступны только в прирусловой части этого склона, на водоразделе и в районе локального притока данной долины.

Дополнительный материал по выявлению террасовых элементов левобережья р. Фандуко был получен с помощью двух профилей GPS-измерений. Следует отметить, что трассы этих профилей близки, но не совпадают. Поэтому несколько различается и морфология рельефа, отраженного на соседних профилях GPS-измерений. Кроме того, эти профили выходят на водораздел в разных местах, а потому заканчиваются на разной высоте. Нижняя часть склона представлена также по геодезическим данным (третий профиль). Суммирование всех полученных результатов геодезических и GPS измерений позволяет наметить основные перегибы склона и выявить элементы, отвечающие днищам эрозионных палеоврезов. Эти днища с относительными высотами над руслом р. Фандуко примерно 40, 60, 95 и 135 м рассматриваются в качестве основных геоморфологических (террасовых) уровней (рис. 6).

Рис. 6.

Суммарный результат геодезических и GPS измерений левого борта р. Фандуко в районе грота Сарадж-Чуко. 1–3 – линии и точки измерений: 1 – GPS 2017 г., 2 – GPS 2018 г., 3 – геодезических измерений 2018 г., 4 – условные линии геоморфологических уровней.

Рассмотренные выше материалы были дополнены геодезическими исследованиями по террасированию водораздельной территории. Как известно, основные водораздельные перегибы обычно достаточно надежно сопрягаются, по крайней мере, с верхними террасовыми уровнями на бортах долин [11]. При этом они располагаются субпараллельно верхнему водораздельному уровню и уклону речного русла. Такие соотношения нашли отражение на водораздельном профиле и на профиле левого борта р. Фандуко (рис. 7).

Рис. 7.

Результаты геодезического хода на водоразделе и склоне левого борта р. Фандуко и корреляция геоморфологических уровней водораздела и левобережья р. Фандуко. 1 – линия геодезического хода, 2 – точки теодолитных станций, 3 – промежуточные точки, 4 – суммарный поперечный профиль (см. рис. 6), 5 – профиль русла р. Фандуко по даным топографической карты, 6 – корреляционные линии днищ разновозрастных эрозионных врезов, 7 – грот Сарадж-Чуко.

В данном случае верхний водораздельный уровень, фиксирующий кровлю Нижнечегемской вулканогенной толщи (${\text{N}}_{2}^{2}$–Q_P), скорее всего, формировался в эпоху накопления кызбурунской и баксангэсской толщ. Поэтому он не может быть древнее конца палеоплейстоцена. Соответственно, следующий эрозионный врез, также, как и в долине р. Баксан, очевидно, отвечает здесь эоплейстоценовому Сармаковскому террасовому комплексу (Q_E).

На профиле видно, что Кубинский (Q₁) эрозионный врез в долине р. Фандуко глубже Сармаковского (Q_E) – 40 м против 25 м. Это, очевидно, отражает ускорение орогенических воздыманий, характерное для начала неоплейстоцена [9–11].

Ниже, как и в долине р. Баксан, наблюдается сдвоенный врез ранней части Малкинского террасового комплекса (${\text{Q}}_{2}^{{1{\text{a}},{\text{b}}}}$), а еще ниже располагается крупный врез, в котором находится грот Сарадж-Чуко.

На рассматриваемом рисунке видно также, что в продольном профиле русла р. Фандуко наблюдаются перегибы, характерные для “законсервированных” верховьев рек, русла которых последовательно спускаются с более древнего уровня на более молодой. Корреляция этих молодых геоморфологических уровней показывает, что их глубины существенно меньше глубин более древних врезов. Такие соотношения характерны для образований Малкинского и Кызбурунского террасовых комплексов.

Следовательно, эрозионный врез, в котором располагается грот, относится к молодому элементу Малкинского террасового комплекса (${\text{Q}}_{2}^{2}$). Соответственно, встречающиеся в районе грота Сарадж-Чуко маломощные молодые аккумулятивные террасовые и склоновые образования располагаются на практически непереуглубленном эрозионном врезе поздней части Малкинского комплекса (${\text{Q}}_{2}^{2}$).

Поскольку устье грота Срадж-Чуко находится на относительной высоте 26 м (высота нулевой линии археологической документации в гроте), он располагается в средней части поздне-Малкинского (${\text{Q}}_{2}^{2}$) эрозионного вреза, имеющего глубину около 40 м [3].

Проведенные исследования показывают, что изучение террасового ряда ущелистых долин не должно ограничиваться единичным поперечным сечением. Надежные результаты могут быть получены при обследовании нескольких подобных сечений, дополненных анализом продольного профиля русла. В идеале необходимо изучить весь интервал ущелистой долины от исследуемого объекта вниз по реке до выхода ее из ущелья (до устья ущелья).

ВОЗРАСТНЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ

В данном случае для достижения более надежного датирования выделенных подразделений приходится использовать региональные и межрегиональные корреляции.

ОЦЕНКА ВОЗРАСТА АНАЛИЗИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

В качестве возраста грота в данном случае учитывается время вскрытия речной эрозией подземной пещерной полости. Этот возраст, очевидно, может рассматриваться как максимально ранний для освоения грота древним человеком.

Допуская единство основных этапов рельефообразования для всего Большого Кавказа, можно использовать полученные абсолютные датировки для характеристики этапов формирования долины р. Фандуко. Соответственно, эрозионно-аккумулятивный цикл (${\text{Q}}_{2}^{2}$), вскрывший погребенную пещерную полость грота Сарадж-Чуко, заключен в интервале от 150–200 тыс. лет до 110–120 тыс. лет назад.

Это вскрытие произошло в середине эрозионной фазы данного цикла, охватывающей обычно от 1/4  до половины продолжительности цикла [9, 11]. Малая мощность водотока р. Фандуко свидетельствует в пользу максимальной продолжительности этой эрозионной фазы, развивавшейся соответственно примерно до 135 тыс. лет назад.

Поскольку устье грота Сарадж-Чуко расположено в середине данного эрозионного вреза, можно с определенной вероятностью допустить, что вскрытие речной эрозией первичной пещерной полости произошло не позднее интервала порядка 145–140 тыс. лет назад. Необходимо также учесть определенное время, необходимое для окончательного формирования полости грота¹¹. Это формирование включает зафиксированные в гроте следы обрушения свода, десквамации и пещерно-аллювиальной эрозии, активизировавшиеся под начавшимся воздействием атмосферных факторов [3].

Тем не менее выявленное в настоящее время начало заселения данного грота, оцениваемое по археологическим данным интервалом от 100 до 70 тыс. лет назад, произошло несколько позже его проявления и оформления в рельефе. Не исключена, следовательно, вероятность обнаружения следов более раннего посещения человеком данного грота.

В палеоэкологическом отношении проведенные исследования показывают, что строение долины р. Фандуко в районе стоянки Сарадж-Чуко практически не менялось, начиная с конца Малкинского этапа (${\text{Q}}_{2}^{2}$), т.е. стабилизировалось еще до начала заселения грота.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные выше материалы показали, что применение оротектонического метода позволяет предложить описанную выше оригинальную методику выявления этапов формирования горных ущелий.

Рассмотренный в составе данной методики комплекс геолого-геоморфологических и корреляционных исследований может эффективно использоваться при изучении истории формирования ущелистых речных долин в активных орогенах типа Кавказа и Тянь-Шаня.

Предложенная методика полезна для проведения палеоэкологических реконструкций, которые могут привлекаться, например, при археологических исследованиях и инженерно-геологических изысканиях.