Залежи пляжей

Как правило, основная масса песчаного материала, слагающего пляжи, принесена к морским побережьям реками и потоками (Kuenen, 1950). Этот материал возникает в результате выветривания континентальных горных пород водосборных бассейнов рек. В некоторых районах главным источником берегового песка может быть участок морского дна, смежный с побережьем. Кроме того, песок образуется также в результате эрозии вскрывающихся вдоль берега горных пород (Johnson, 1919). В некоторых засушливых областях, например на западном побережье Северной Африки, значительная часть пляжевых осадков формируется за счет эолового материала. После того как песчаные зерна достигли прибрежной части моря, они могут двигаться вдоль берега и уноситься в море под действием волн и прибоя.

Материал, переносимый вдоль берега действием направленных ударов волн, почти неизменно сносится в пониженные участки дна, чаще всего в каньоны. Вершины каньонов могут тесно примыкать к береговой линии, и тогда по дну их происходит перемещение осадков в сторону открытого моря. Непрерывное перетекание песков через гребни подводных скал наблюдалось во многих пунктах близ южной оконечности Нижней Калифорнии. Подобные наблюдения позволяют считать, что в этой области происходит существенное вдольбереговое перемещение наносов.

Во многих областях отмечается сезонная цикличность перемещения материала: в течение одного периода побережье освобождается от значительной части имеющихся на нем песков, а во время следующего происходит их накопление. Например, вдоль Калифорнийского побережья в зимние месяцы пляжевые пески перемещаются обычно в сторону моря или в южном направлении, а весной и летом они переносятся к берегу или на север. Очевидно, что в результате столь постоянного движения пляжевого песка происходит его сортировка в зависимости от плотности составляющих зерен; тяжелые минералы, как правило, концентрируются в основании каждого песчаного слоя.

Типы минералов, встречающиеся в пляжевых залежах

Можно считать, что залежи пляжей и береговые россыпные месторождения характеризуются одними и теми же сходными минералами, накапливающимися в результате процессов химического и механического выветривания. Трудно ожидать, что в этих прибрежных накоплениях удастся встретить легко растворимые минералы, как, например, хальконтит, или минералы, обладающие малой устойчивостью к механической эрозии, например гипс. Исключение составляют тропические области, где развиты пески, представленные карбонатом кальция. На побережьях крупных вулканических островов нередко встречаются черные пляжные пески, образовавшиеся в результате эрозии темноцветных вулканических пород спустившихся к морю лавовых потоков.

Несмотря на то, что основную массу осадков пляжей составляют преимущественно слюды, полевые шпаты, различные силикаты и кварц, в этих песках встречаются значительные количества колумбита, магнетита, ильменита и циркона. Сравнительно реже отмечаются промышленные концентрации золота, алмазов, касситерита, шеелита, вольфрамита, монацита и платины. Все перечисленные минералы относятся к группе тяжелых, поскольку их удельный вес больше, чем бромформа (2,85). Кроме того, они, как правило, устойчивы к химическому выветриванию.

Изучение геологии и минералогии пород, развитых в водосборных областях рек, поставляющих осадки, позволяет установить, какие именно промышленно ценные минералы могут быть найдены среди береговых отложений. Например, вполне логично считать, что алмазы, обнаруженные на западном побережье Южной Африки, принесены рекой Оранжевой, дренирующей алмазоносные провинции континента.

Очевидными источниками золота в пляжевых песках близ Нома (Аляска) являются кристаллические сланцы, развитые в водосборном бассейне Анвил-Крик. В результате эрозионных процессов золото выделялось из этих пород, переносилось к берегу, рассеивалось вдоль берега под воздействием волн и концентрировалось в некоторых горизонтах пляжевых отложений. В этом районе обнаружено несколько пляжей, располагающихся на различных отметках над уровнем моря. В течение ледниковых периодов уровень моря существенно понижался вследствие образования ледников на континентах (Kuenen, 1950; Shepard, 1963). Во время теплых межледниковых, напротив, происходило повышение уровня, который, по-видимому, в тот период превосходил современный. В период стабильного стояния уровня формировался новый берег. Так, очевидно, развивалось побережье близ Нома, где наибольшие количества золота отмечаются в самых возвышенных и удаленных в сторону континента частях побережья. Это позволяет полагать, что при последующих изменениях уровня моря такие участки берега подвергались относительно слабой переработке.

Концентрация тяжелых минералов на пляжах

Сортирующее действие океанских волн и прибоя приводит к тому, что в определенных зонах пляжей происходит накопление тяжелых минералов. Как показано на рис. 1, эти участки находятся обычно в верхней части тыловой зоны пляжа, либо они располагаются на контакте между рыхлыми песками пляжа и консолидированными коренными породами. Рис. 2 иллюстрирует процесс захвата прибойной волной всего доступного материала с фронтальной зоны пляжа и выброса его на берег при обратном смыве. Следует отметить, что способность к переносу осадка у откатной волны меньше, чем у прямой разбивающейся волны, поэтому в осадке происходит селективная отмывка легких минералов и смыв их в море. Таким образом, тяжелые минералы обычно концентрируются в тыловой зоне пляжа (Rao, 1957). Однако это правило вследствие изменений уровня моря, приливов и отливов, а также неравномерностей в амплитудах прибоя часто нарушается и лентовидные скопления тяжелых минералов могут встречаться в самых различных частях пляжной зоны. Кроме того, тяжелые минералы нередко концентрируются с подветренной стороны крупных скал.

Рис. 1. Обобщенный профиль морского пляжа; показаны участки, благоприятные для накопления тяжелых минералов.

Нередко скопления тяжелых минералов встречаются в базальных прослоях пляжевых отложений, в особенности если коренные породы, на которых залегают пляжевые осадки, представлены трещиноватыми, кавернозными породами, в пустотах и полостях которых скапливаются эти минералы.

Ветер также способствует концентрированию тяжелых минералов на пляжах. Для многих районов характерны ветры определенных направлений, обычно в сторону берега. Под их воздействием относительно легкие минералы сдуваются и формируют дюны, а тяжелые минералы остаются на пляже.

Рис. 2. Несущая способность разбивающейся волны довольно значительна. Примерно несколько процентов объема волны может быть представлено взвешенным твердым веществом, которое разбивающаяся волна выносит на берег. После затухания на пляже волновой энергии откатная волна смывает легкие минералы обратно в море, оставляя на берегу тяжелые.

Вдольбереговые течения в свою очередь создают концентрации тяжелых минералов в морской зоне пляжа, отмывая легкие минералы и вынося их за пределы площадей аккумуляции. Сходен механизм действия приливно-отливных течений. Однако в этом случае накопление тяжелых компонентов происходит в основании слоя рыхлого осадка, над которым проходят эти течения.

Очевидно, что концентрирование тяжелых минералов в основании рыхлых песчаных и гравийных осадков связано с движением вод мористее зоны прибоя, которое вызывает общее перемешивание частиц. При прохождении гребня волны через фронтальную зону пляжа сжимающая волна производит сдавливающее воздействие на донные осадки. И напротив, при следовании над осадками ложбины волны создается относительное разряжение давления. Такое попеременное воздействие разных сил на осадки приводит к тому, что тяжелые минералы мигрируют в нижнюю часть неконсолидированного слоя, где и происходит их накопление.

Затопленные пляжи

Помимо пляжевых участков побережья, в открытом море существуют так называемые затопленные пляжи, которые формировались в течение ледниковых периодов, когда уровень моря был значительно ниже современного. Есть все основания ожидать, что базальные слои осадков этих пляжей содержат скопления тяжелых минералов и что эти слои в значительной мере сохранились при последующем уровне моря. Считая, что состав пород водосборной области, дренируемой реками, поставляющими осадки в район побережья, оставался неизменным с прошлых веков до настоящего времени, мы вправе полагать, что в затопленных пляжах встречаются те же минералы, что и в современных их аналогах. Естественно, что сделанное допущение справедливо лишь в том случае, если за рассматриваемый промежуток времени не изменился ни рисунок гидрографической сети данного водосбора, ни химический состав исходных пород, хотя в результате процессов выветривания и эрозии последовательно вскрывались относительно нижележащие слои.

Таким образом, при изучении современных пляжей какой-либо области может быть получена ценная информация об осадках затопленных пляжей. Для обнаружения покрытых морем пляжей применяются современные методы сейсморазведки (Officer, 1959; Beckmann et al., 1962). Сейсмические методы позволяют также получить данные о геоморфологических особенностях затопленных пляжей, глубине их захоронения под современными поверхностными осадками, о мощности самих пляжевых осадков (см. рис. 4) и о глубине покрывающих вод. Все эти сведения имеют очень важное значение для последующего размещения поисковых буровых скважин. Итак, если полагать, что при формировании берегов не происходило никаких катастрофических изменений уровня моря, то накопления промышленно-ценных минералов следует ожидать на контакте между пляжевыми песками и подстилающими их коренными породами.