Опыт сравнительного морфолитологического анализа холмообразных форм в долине верхнего Днепра

Вестник Томского государственного университета. 2013. № 366. С. 162-167

УДК: 911.2:551.4

В. В. Филиппов

ОПЫТ СРАВНИТЕЛЬНОГО МОРФОЛИТОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ХОЛМООБРАЗНЫХ ФОРМ В ДОЛИНЕ ВЕРХНЕГО ДНЕПРА

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект 12-05-01148).

Анализ морфологии и геологического строения двух изолированных от междуречья холмов, расположенных в долине верхнего Днепра выше и ниже по течению от г. Смоленска, позволил установить их останцовое происхождение. Образование холмов тесно связано с развитием смежных палеорусловых форм, сформированных талыми водами поздневалдайского ледника. Установлена разновременность функционирования и отмирания упомянутых палеорусловых форм. Выдвинуты гипотезы возможного механизма палеорусловых перестроек в долине верхнего Днепра в перигляциальных условиях поздневалдайского времени.

Ключевые слова: Днепр; поздний плейстоцен; палеорусло; останец.

Постановка проблемы. Одной из особенностей морфологического строения долины верхнего Днепра на ее субширотном отрезке от г. Дорогобужа до г. Орши является наличие холмообразных форм, высоко поднимающихся над днищем долины и отчлененных от междуречья аллювиальными поверхностями уровня поймы и низких террас. Накопленный геологический материал (в основном фондовый) показывает, что в строении этих холмов в различных сочетаниях принимают участие отложения ледникового, флювиогляциального и флюви-ального происхождения (пески и суглинки), в разной степени насыщенные грубообломочным материалом (в том числе моренные суглинки). Насчет происхождения самих форм выдвигались различные гипотезы: Г.Ф. Мирчинк [1] называл их друмлинами, Д.И. Погуля-ев [2] - краевыми моренными образованиями, И.Н. Са-лов [3] - озами. Таким образом, единого мнения о генезисе подобных холмов не выработано.

В центре настоящего исследования находятся два крупных холма - у д. Коровники иуд. Катынь-Покровское, расположенных в 100 км (по долине) друг от друга и обладающих удивительным морфологическим сходством (см. рис. 1, А; 2, А). Во-первых, это сходство плановых очертаний (в том числе вытянуто-сти обеих форм вдоль долины Днепра) и превышений холмов над меженным урезом Днепра (30-33 м). Во-вторых, в районе обоих холмов имеют место крутые вынужденные излучины современного русла, что свидетельствует о существенном влиянии холмов на русловую морфодинамику Днепра. В-третьих, каждый из этих холмов с одной (правой, если смотреть вниз по течению) стороны огибается современным руслом, а с другой (левой) - широкой ложбиной, имеющей морфологические признаки крупного, но ныне не функционирующего палеорусла. Причем в обоих случаях нижние по течению части палеорусел заняты современными руслами малых рек Устром и Уфинья - левых притоков Днепра, испытывающих в этом месте резкий поворот под углом около 90°.

Предпринимается попытка сравнительного морфолитологического анализа двух столь схожих, на первый взгляд, но значительно удаленных друг от друга морфологических комплексов.

Холм у д. Коровники. Холм слегка вытянут с восток-северо-востока на запад-юго-запад. Его длина -

3,7 км, ширина - до 1,9 км, максимальная абсолютная

высота - 197,6 м абс., превышение над меженным урезом Днепра - до 30 м.

Топографический профиль I-I’ (рис. 1), построенный через долину Днепра в створе холма, позволяет выделить серию геоморфологических уровней: спускаясь с бровки левого борта долины в районе д. Челновая (около 190 м абс.), профиль пересекает широкую (до 700-750 м) ступень на высотах 176-177 м абс., после чего выходит в еще более широкую (до 1 км в верхней (по течению) части и до 550-600 м - в нижней) ложбину с фоновыми высотами 174-176 м абс.; затем он круто взбирается на холм, пересекает его пологовыпуклую вершинную поверхность (с абсолютными отметками до

196,7 м абс.), спускается по его северо-западному склону к руслу Днепра в 0,8 км ниже впадения р. Вопь, в районе известной Соловьевой переправы (отметка меженного уреза - 167,5 м абс.). На правом берегу Днепра профиль проходит через две отчетливо выраженные ступени: примыкающую к руслу - на высотах 171,5-173,5 м абс. (шириной до 250 м), и следующую за ней - на высотах 175,5-177,5 м абс. (также шириной до 250 м), после чего поднимается по склону до бровки правого борта долины в районе д. Соловьево (около 190 м) и выходит на междуречье.

По данным шурфования, проведенного автором в 2011 г. (разрезы К-11/04, К-11/05), и бурения, осуществленного здесь ранее Смоленским отрядом Московской геолого-разведочной экспедиции ПГО «Центр-геология» ([4], скв. 322-325), можно утверждать, что холм с поверхности перекрыт чехлом мелкосреднезернистого песка (с включениями грубообломочного материала в нижней части слоя), который повсеместно подстилается плотным красноватокоричневым суглинком с включениями неокатанного дресвяно-щебнистого материала (мореной). Высота залегания подошвы четвертичных отложений в привершинной части холма составляет около 145 м абс. ([4], скв. 815), т.е. находится на 17-18 м ниже меженного уреза Днепра, что исключает наличие у формы дочетвертичного (доледникового) цоколя.

Глубина кровли морены в различных частях холма варьирует от 2 до 5 м. Характер залегания, особенности гранулометрического состава и текстуры песчаного чехла (плащеобразное «облекание» моренного цоколя; переслаивание в разной степени оглиненных слоев песка, включения несортированного гравийно-галечного материала в

нижних слоях; преобладание неслоистых и неясно слоистых текстур) позволяют говорить о происходившем при отложении песка перемыве верхов морены.

Высота высокой пойменной ступени на правом берегу Днепра составляет 4-6 м над меженным урезом (171,5-173,5 м абс.). Пойма аккумулятивная: 14-метровая толща аллювия подстилается мореной (скв. К-11/01), кровля которой находится на высоте 159-160 м абс., что более чем на 5 м ниже дна современного русла (исходя из средней глубины Днепра 2,5 м).

Высота террасовой ступени, примыкающей к высокой пойме, составляет 8-10 м над меженным руслом (175,5-177,5 м абс.), что совпадает с типичной высотой I НПТ на Дорогобужско-Смоленском участке течения

А

Днепра [5]. По данным бурения в прибровочной части террасы (скв. К-11/02), до глубины 23,5 м она сложена песчаным материалом: в колонке отложений отчетливо выделяются две литологические разности песка - тонко-мелкозернистая верхняя (0-15 м) и крупногрубозернистая нижняя (15-23,5 м), по всей видимости, соответствующие разновозрастным аллювиальным свитам (подстилающие аллювий отложения скважиной не вскрыты). Высота контакта этих свит - около 160 м абс. -хорошо соотносится с высотой залегания подошвы аллювия высокой поймы (см. выше), что позволяет предположительно ассоциировать выделенные свиты с голоценовым и среднеплейстоценовым («рославльским», по Г.И. Горецкому [6]) аллювием.

в) г)

Рис. 1

150 -І----------------------т---------------------1---------------------і---------------------,---------------------,--------------------1---------------------

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 м

Рис. 2

В тыловой части террасы у подножия коренного борта долины (высота поверхности 178 м абс.) на глубине 4 м (174 м абс.) уже вскрывается морена ([4], скв. 318).

Широкая ложбина, окаймляющая холм с юга, представляет собой ныне не функционирующее палеорусло Днепра, западная часть которого частично занята руслом р. Устром. Более широкая внешняя (дальняя от холма) ступень дуги палеорусла расположена на высоте 174-175 м абс., а более узкая внутренняя (примыкающая к холму) ступень примерно на 1 м приподнята по отношению к внешней и расположена на высоте 175176 м абс. Высокая ступень палеорусла в восточной части прорезана узкой протокой, отчленяющей от нее «осередок», гипсометрически остающийся элементом высокой ступени.

Низкая ступень палеорусла неоднократно затапливалась в прошлом и продолжает затапливаться в насто-

ящее время, т.е. существует в режиме высокой поймы, что подтверждается выраженной в разрезе пойменной фацией мощностью до 2,5 м (скв. К-11/03). Ниже она сменяется тонко-мелкозернистым песком (с грубозернистыми включениями), на глубине 7,5 м подстилаемым плотным темно-коричневым суглинком с включениями неокатанного дресвяно-щебнистого материала -мореной. Высота кровли последней составляет около

166,5 м абс., что примерно на 1 м ниже меженного уреза Днепра, но заметно выше положения кровли морены в днище его современной долины (см. выше). Таким образом, при значительной ширине (до 1 км) палеорусла мощность аллювиальных отложений в его центральной части в два раза меньше, чем на пойме, и в три раза меньше, чем на I НПТ.

Холм у д. Катынь-Покровское. Холм заметно вытянут с северо-востока на юго-запад. Длина его -3,2 км, ширина - до 1,1 км, максимальная высота -

193 м абс., превышение над меженным урезом Днепра - до 33 м.

Топографический профиль 11-11’ (рис. 2), построенный через левобережную часть долины Днепра в створе холма, позволяет выделить ряд геоморфологических уровней: спускаясь с бровки коренного левого борта долины в районе д. Чекулино (190 м абс.), профиль пересекает широкую (до 450 м) ложбину с фоновыми высотами поверхности 170-173 м абс.; затем он круто взбирается на холм, пересекает его пологовыпуклую вершинную поверхность (с абсолютными отметками до 193 м абс.) и на спуске в современную долину Днепра с северо-западной стороны холма отчетливо фиксирует две гипсометрические ступени: на высотах 174-177,5 м абс. (шириной до 250 м) и 167,5-170 м абс. (шириной до 150 м), после чего круто падает к руслу Днепра в районе впадения в него р. Катынки (отметка меженного уреза - 160 м абс.).

По данным шурфования (разрезы Ч-11/01, Ч-11/04) и бурения ([4], скв. 246, 247) холм с поверхности перекрыт маломощным (1-2 м) слоем мелко-среднезернистого песка, повсеместно подстилаемого красноватокоричневым суглинком с примесью грубообломочного материала - мореной. Мощность последней составляет, по данным бурения, не менее 9 м.

В расположенных на вершине холма разрезах Ч-11/01 и Ч-11/04 на контакте песка и подстилающей морены находится тонкий (25-50 см) песчаный прослой, рассеченный слойками и линзами суглинка и обильно насыщенный грубообломочным материалом, что позволяет предположить происходивший при отложении песка перемыв верхов морены.

Первая ступень, примыкающая с северо-запада к склону холма, представляет собой цокольную террасу (на ней располагается д. Катынь-Покровское). Высота ее поверхности над руслом составляет 14-17,5 м (174-

177,5 м абс.), что условно соответствует высоте I НПТ на участке течения Днепра ниже Смоленска, расположенной на уровне 12-14 м над урезом [5, 7]. При бурении в тыловой части террасы (скв. Ч-11/05, высота устья скважины 177,5 м абс.) выявлено, что слагающий ее с поверхности среднезернистый песчаный материал (с отдельными оглиненными прослоями) подстилается на глубине около 3 м (174,5 м абс.) суглинком, литологически идентичным вышеописанному (моренному).

Вторая (более низкая) ступень представляет собой поверхность высокой поймы: превышение над руслом - 7,5-10 м (167,5-170 м абс.). По данным бурения (скв. Ч-11/03, высота устья скважины 167,5 м абс.), с поверхности пойма перекрыта 2-метровым слоем опес-чаненного суглинка (пойменная фация аллювия); под суглинком залегают пески, грубеющие вниз по разрезу от тонко-мелкозернистых до среднезернистых, в основании слоя - с включениями грубообломочного материала (русловая фация); на глубине около 6 м (161,5 м абс.) пески подстилаются красновато-коричневым суглинком с валунами (по бурению) - мореной. То есть пойма здесь также оказывается цокольной.

Учитывая вышесказанное, можно предположить, что на данном участке течения, начиная с поздневалдайского (см. ниже) времени, шло постепенное врезание реки в подстилающие ледниковые отложения. Та-

ким образом, к настоящему моменту русло Днепра занимает здесь самое низкое (за указанный период) гипсометрическое положение (при средней глубине реки 3 м отметки дна составляют около 157 м абс.).

Широкая ложбина, окаймляющая холм с юго-востока, представляет собой ныне не функционирующее палеорусло Днепра, западная часть которого частично занята руслом р. Уфинья. Буровой скважиной в центральной части палеорусла (скв. Ч-11/02, высота устья скважины 171 м абс.) были вскрыты отложения мелко-среднезернистого песка (мощностью до 10 м) и крупно-грубозернистого песка (4,5 м), подстилаемые с глубины 14,5 м красновато-коричневым суглинком (мореной?).

Поверхность палеорусла гипсометрически расположена между уровнями высокой поймы и I НПТ, примыкающими к противоположной стороне холма, тогда как подошва русловых отложений (песка) в палеорусле находится на высоте 156,5 м абс., что на 3,5 м ниже меженного уреза Днепра, т.е. примерно на уровне дна реки. Отсюда следуют два вывода.

Во-первых, высотное положение поверхности палеорусла - 11-12 м над меженным урезом Днепра (171-172 м абс.) - отвечает региональному уровню

I НПТ Днепра, точнее, ее «низкой» ступени (по сравнению с «высокой» террасовой ступенью в районе д. Ка-тынь-Покровское). Мощность аллювия в палеорусле -порядка 15 м - также соответствует средней мощности аллювия I НПТ (12-15 м [6]).

Во-вторых, в период активного функционирования палеорусла максимальная глубина его врезания достигала глубины врезания современного русла, а возможно, и превышала ее.

Поверхность палеорусла в створе профиля П-П’ после отмирания русла целиком не затапливалась, о чем свидетельствует отсутствие в верхах его разреза выраженной пойменной фации. В тальвеговой части палеорусла, смещенной к подножию склона моренного холма, протягивается заболоченное понижение, днище которого находится на высотах 169-170 м абс. По всей видимости, понижение представляет собой обтекавший холм второстепенный рукав Днепра, функционировавший лишь в высокие половодья. Ложбина здесь выстлана торфом мощностью 2 м, подстилаемым опесча-ненным суглинком. Радиоуглеродное датирование подошвы торфа дало время начала заболачивания в 7450±320 14С лет (ГИН-14375). Эта дата позволяет наметить верхнюю временную границу прекращения регулярного затопления палеорусла водами современного Днепра и окончательного превращения его в элемент надпойменной террасы.

Обсуждение результатов. На основании проведенного анализа холмы у д. Коровники и д. Катынь-Покровское, сложенные мореной, окруженные со всех сторон современными и палеорусловыми врезами и вытянутые по течению, можно с уверенностью охарактеризовать как эрозионные останцы, отчлененные водными потоками от окружающих междуречных массивов. Причем эрозионное «выпиливание» останцов происходило в два этапа: первоначально (по всей видимости, после таяния в бассейне верхнего Днепра московского ледника) имело место прорезание моренных от-

ложений палеоруслом Днепра, а после «перескока» русла в новое положение (о временной привязке этого события см. ниже) произошло окончательное преобразование форм в останцы.

Проблема происхождения внутридолинных эрозионных останцов находится в тесной связи с проблемой реконструкции динамики днепровского стока. Отчлене-ние холмов от междуречья происходило в период повышенного стока Днепра, когда в его долине формировались крупные палеорусла, по своим параметрам схожие с палеоруслами, формировавшимися в поздневалдайское время в долинах многих рек центра Русской равнины: такие палеорусла, в частности, были изучены в бассейнах Десны [8] и Оки [9]. Однако если в этих случаях решающую роль в увеличении стока рек играл климатический фактор (рост осадков и коэффициента стока в условиях вечной мерзлоты), то в балансе поздневалдайского стока верхнего Днепра на первый план выходит приток талых ледниковых вод, поступавших сюда по долинам правых притоков Днепра (рр. Вопь, Хмость и др.). По оценкам [10], ежегодный ледниковый сток в

бассейн верхнего Днепра (выше впадения р. Березины (белорусской)) составлял в то время около 30 км3 в год (современный сток Днепра в устье - 54 км3 в год).

При сравнительном анализе представленных геолого-геоморфологических описаний легко замечается существенная разница в мощностях аллювия современных пойм и палеорусел на двух охарактеризованных участках. Так, в створе I-I’ подошва аллювиальных отложений на пойме находится на высоте 159-160 м абс., в створе II-II’ - на высоте 161-162 м абс. (при том что створ I-I’ находится почти в 100 км выше по долине и падение реки на данном участке составляет 7,5 м) при различии мощности аллювиальных толщ более чем в

2 раза (14 м и 6 м соответственно). Подошва аллювиальных отложений в палеорусле в створе I-I’ находится на высоте 166,5 м абс., а в створе II-II’ - на высоте 155156 м абс. при различии в мощности аллювиальных толщ примерно в 2 раза (7,5 и 14,5 м соответственно). Бросается в глаза почти зеркальная инверсия в соотношении мощностей аллювия пойм и палеорусел в двух створах (рис. 3).

Рис. 3

Одним из возможных объяснений подобной инверсии может служить проявление гляциоизостатических эффектов. В эпоху максимального наступання валдайского ледника часть долины Днепра в районе створа II-II’, находившаяся у самого фронта ледника, должна была в той или иной степени испытывать гляциоизостатиче-ское прогибание, которое в то же время не имело места в районе створа I-I’, расположенного в 50 км к востоку от границы распространения валдайского ледника. Начавшееся после таяния ледника компенсационное гляциоизостатическое поднятие территории в районе створа II-II’, возможно, сопровождалось «перескоком» Днепра в новое, подстилаемое мореной и поэтому трудно размываемое русло к северу от холма. Таким образом, в районе д. Катынь-Покровское в то время сформировался местный базис эрозии, который мог способствовать повышенной аккумуляции аллювия выше по течению, в том числе и в районе створа I-I’.

На основании всего сказанного можно предположить, что в поздневалдайское время в створе I-I’ русло уже находилось к северо-западу от останца, а в створе II-II’ сток Днепра еще осуществлялся через палеорусло к юго-востоку от останца. Напрашивается вывод о том, что «перескок» русла Днепра через останец у д. Коровники произошел еще до начала позднего валдая (после

чего палеорусло могло служить лишь дополнительным каналом стока талых вод поздневалдайского ледника), а в районе останца у д. Катынь-Покровское такой «перескок» явно произошел лишь в поздневалдайское время.

Характерно, что «классический» механизм перепи-ливания шпоры развитой макроизлучины, которым, например, обусловлен «перескок» русла и формирование схожего по плановым параметрам холма в долины р. Москва (у с. Остров, [9]), в случае днепровских холмов не применим. Об этом свидетельствует вынужденный характер излучин в современном русле Днепра, огибающих останцы по заведомо более крутому радиусу, чем радиус кривизны палеорусел.

«Перескоки» русла таких масштабов, скорее всего, были обусловлены особенностями перераспределения речного стока в позднеледниковое время: в долине реки формировались многорукавные русла мощного стока талых ледниковых вод, в которых после падения уровня воды отдельные рукава отмирали, зарастали и превращались в участки поймы, а впоследствии - и в надпойменные террасы. С другой стороны, тогда же на отдельных участках долины могли формироваться приледниковые подпрудные озера (о серии таких поздневалдайских озер в долине Днепра пишет Д. Д. Квасов

[11]), в результате спуска которых могли образовываться новые долины.

Таким образом, на данном этапе исследований можно констатировать, что описанные формы являются эрозионными останцами. Механизм перестройки русла реки, позволивший ей «перепрыгнуть» через

20-метровые холмы, требует дальнейшего уточнения. Другими вопросами остаются уточнение возраста описанных останцов, выявление генезиса прочих холмов в долине Днепра и восстановление взаимосвязи этих форм с палеопотамологической историей долины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирчинк Г. Ф. Геологические условия нахождения рисс-вюрмских межледниковых отложений близ д. Новые Немыкари // Бюллетень МОИП,

отд. геол. 1935. Т. 13, вып. 1.

2. Погуляев Д.И. Геология и полезные ископаемые Смоленской области. Смоленск, 1955. Т. 1. 248 с.

3. Салов И.Н. Строительные материалы (пески, гравий и глины) Смоленской области. Смоленск, 1960. 200 с.

4. Абрамзон А.Я., Гриневич Г.С., Моторин В.В. и др. Отчет Смоленского отряда о групповой гидрометеорологической и инженерно-

геологической съемке и геологическом доизучении западной части Московской синеклизы, проведенных в 1976-1981 гг. М., 1981.

5. Тащеев К.Г. Геоморфологическое строение долины р. Днепр в пределах Смоленской области // Природа речных долин центра Русской рав-

нины. М., 1978. С. 29-36.

6. Горецкий Г.И. Аллювиальная летопись великого Пра-Днепра. М. : Наука, 1970. 492 с.

7. Исаченков В.А. Новые данные по геоморфологии долины Днепра между Дорогобужем и Оршей // Известия Академии наук СССР.

Сер. геогр. 1964. № 3. С. 114-129.

8. Панин А.В., Сидорчук А.Ю., Баслеров С.В. и др. Основные этапы развития речных долин центра русской равнины в позднем валдае и голо-

цене: результаты исследований в среднем течении р. Сейм // Геоморфология. 2001. № 2. С. 19-34.

9. Sidorchuk A.Yu., Panin A.V., Borisova O.K. Morphology of river channels and surface runoff in the Volga River basin (East European Plain) during

the Late Glacial period // Geomorphology. 2009. Vol. 113. Р. 137-157.

10. Sidorchuk A., Panin A., Borisova O. Surface runoff to the Black Sea from the East European Plain during Last Glacial Maximum-Late Glacial time // Buynevich I., Yanko-Hombach V., Gilbert A.S., Martin R.E., eds. Geology and Geoarchaeology of the Black Sea Region: Beyond the Flood Hypothesis: Geological Society of America Special. 2011. Paper 473. Р. 1-XXX.

11. КвасовД.Д. Позднечетвертичная история крупных озер и внутренних морей Восточной Европы. Л., 1975. 278 с.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 13 ноября 2012 г.