Литология плейстоценовых отложений Костенковско-Борщевского района

Актуальность темы

Костенковско-Борщевский палеолитический район имеет длительную историю изучения, которая началась в 1878 г. открытием здесь стоянок первобытного человека. К настоящему времени обнаружено 26 стоянок, в том числе более 10 многослойных. Активные геолого-геоморфологические исследования этого района начались в 50-х гг. нашего столетия. Важность изучения Костенковско-Борщевского района выходит далеко за пределы задач археологической геологии. Достаточно сказать, что этот район является стратотипической местностью, поскольку включает голострато-тип аллювиальной свиты высокого уровня 1-й надпойменной, или Костенков-ской террасы Дона (разрез стоянки Костенки 21), а также голостратотип аллювия низкого уровня 1-й надпойменной, или Борщевской террасы. Таким образом, всемирно известный Костенковско-Борщевский район имеет высокую и научную, и культурную ценность.

Направление комплексных исследований археологических районов с участием специалистов различных естественных наук начало развиваться в нашей стране в 60-х гг. В результате взаимопроникновения наук в настоящее время развивается новое прикладное научное направление в области геологии — археологическая литология, изучающая процесс осадконакопления в условиях среды обитания первобытного человека.

Многочисленные исследования Костенковско-Борщевского района не объединены общей методикой, зачастую представляют собой разрозненный материал, относящийся к точечным объектам. В настоящей работе предпринята попытка провести обобщение этого материала на основе собственных исследований. Большая часть фактического материала, обработанная автором, является первоначальным обобщением новых данных по литологии и стратиграфии района.

Комплексный литологический анализ верхнечетвертичных отложений состава и строения плейстоценовых отложений Русской равнины, генезиса склоновых и аллювиальных образований, детализации местной и региональной стратиграфических схем четвертичного периода.

Цель и задачи. Основной целью исследования является установление вещественного состава и особенностей генезиса верхненеоплейстоценовых отложений Костенковско-Борщевского района.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1) изучение вещественного состава аллювиальных и склоновых отложений, в том числе вмещающих культурные слои;

2) детальное литостратиграфическое расчленение разрезов и их корреляция;

3) уточнение роли климатического и других факторов и предпосылок в процессе аллювиального и склонового осадконакопления;

4) реконструкция последовательности формирования аллювиальных комплексов надпойменных террас в данном районе.

Материалы и методы исследования. Решение поставленных задач базировалось на полевых и камеральных исследованиях автора, литературных источниках, картографических и фондовых материалах Государственного археологического музея-заповедника «Костенки».

Были проанализированы отложения из 9 разрезов 1-й и 2-й надпойменных террас Костенковско-Борщевского района, проведен комплексный литоло-гический, в большинстве своем сопряженный анализ, включающий изучение гранулометрического и минералогического составов отложений (418 образцов), валового химического состава (130 образцов), спектральный анализ на 28 элементов (141 образец), рентгеноструктурный анализ (49 образцов), изучение физической плотности грунтов (13 образцов), комплекса поглощенных катионов (7 образцов), изучение отложений с помощью растровой электронной микроскопии (5 образцов).

Литогенетические реконструкции процессов осадконакопления базировались на ландшафтно-климатических реконструкциях по данным спорово-пыльцевого анализа.

Научная новизна работы определяется тем, что автором впервые приводятся:

• минералого-петрографическая характеристика отложений 1-й и 2-й надпойменных террас;

• их генетическая интерпретация;

• детальная литостратиграфическая корреляция склоновых и аллювиальных образований;

• литологические особенности культурных горизонтов.

Практическая ценность. Выполненные исследования могут быть использованы:

1) при дальнейшей разработке детальной стратиграфической схемы квар-тера региона;

2) для детальной геологической съемки Костенковско-Борщевского района, что было рекомендовано на Всесоюзном совещании в 1979 г.;

3) специалистами-археологами при стратиграфическом расчленении палеолитических памятников, определении геологического возраста культурных горизонтов, разведке местоположений новых стоянок древнего человека;

4) для целей музеефикации позднепалеолитических памятников;

5) основные положения и выводы могут служить основой для разработки и реализации специальных и типовых учебных курсов на геологических и исторических факультетах университетов.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в опубликованных статьях. Результаты работы докладывались на Всероссийском совещании «Главнейшие итоги в изучении четвертичного перио’да и основные направления исследований в XXI веке» (С.-Петербург, 1998), а также на юбилейной научной сессии геологического ф-та ВГУ (1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей и 2 тезисов докладов.

Защищаемые положения.

1. Локальной особенностью террасового комплекса Костенковско-Борщевского палеолитического района является то, что террасообразующий аллювий, состоящий из гумидной и перигляциальной свит, надстроен наложенным пойменно-балочным аллювием времени формирования более низкой террасы и затем перекрыт почвенно-лессовым покровом. Так построены все надпойменные террасы, но наиболее отчетливо наложенная пойма выделяется в кровле 2-й надпойменной террасы в виде двух гумусовых пачек с древнейшими археологическими культурами.

2. Гумусовые пачки с древнейшими культурными слоями и разделяющий их суглинок, имеющие пойменно-балочное происхождение и датируемые кашинским и дунаевским межстадиалами среднего валдая, отличаются от сходных почвенно-лессовых образований склонов более высокой дифференциацией гранулометрического состава и особенностями комплекса терригенных минералов. На фоне общего преобладания устойчивых минералов (дистена, циркона, рутила) они выделяются повышенным выходом тяжелой фракции и неустойчивых минералов (амфиболов, эпидота, граната), что указывает на их питание в основном за счет местных ледниковых образований.

3. Культурные слои, приуроченные к делювиально-почвенным и пойменно-балочным образованиям, имеют характерные литологические особенности (текстурные, структурные, химические, минералогические и физические), обусловленные перерывом в осадконакоплении и антропогенным воздействием.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем диссертации 180 страниц, в т. ч. 39 рисунков, 12 таблиц.

Список литературы

включает 76 наименований.

4.6. Выводы.

Итак, для культурных слоев и вмещающих их пачек, чаще гумусирован-ных можно считать характерными следующие литологические особенности, отмечавшиеся выше при описании отдельных стоянок:

1) слабая их выраженность в гранулометрическом спектре отложений. Непереотложенные культурные горизонты отличаются значительным уменьшением пелитовой и увеличением псаммитовой фракций, переотложенныенаоборот. Культурные горизонты, сочетающие в себе признаки и первичного и вторичного залегания по содержанию пелитовой и алевритовой фракций менее выражены, но близки к непереотложенным слоям;

2) повышенное содержание в тяжелой фракции минералов — рутила, ана-таза, циркона, дистена, ставролита, граната и фосфатовсреди рудных минералов — лимонита, магнетита, реже ильменита и лейкоксена. При этом увеличение содержания лимонита сопровождается уменьшением содержания лейкоксена. Наблюдается приуроченность в разрезах стоянок пирита именно к культурным горизонтам. Характерно присутствие глауконита;

3) повышенное содержание гумуса (более 1%), Р205, Ыа20, 8Ю2, ТЮ2, А1203, МпО, иногда Ре203, а также ванадия, галлия, никеля, меди, свинца, цинка, стронция, олова и литияпониженное содержание СаО;

4) повышенные значения рН — до 8,5%;

5) в поглощенном комплексе повышенное содержание натрия и кальция -0,74 и 23,0 мг/экв. на 100 г породы соответственно против фоновых содержаний 0,33−0,44 и 19,5−21,5;

6) повышенная плотность скелета грунта в пределах культурного слоя;

7) микротекстурные особенности: сравнительно уплотненная текстураналичие хорошо окатанных зерен кварца с глянцевой поверхностьюхарактерно присутствие фитолитов.

Таким образом, литологическая характеристика культурных горизонтов отражает довольно существенные перерывы в осадконакоплении, а также проявляет антропогенное воздействие.

В слоях, вмещающих культурные горизонты наблюдается тенденция к обогащению ассоциации тяжелых минералов метаморфическими (дистеном, ставролитом), рутилом, цирконом, реже анатазом и гранатом и обеднению неустойчивыми минералами группы эпидота и амфиболов, а также турмалином. На состав тяжелых минералов культурных горизонтов по всей видимости доминирующее влияние оказали слагающие склон и размываемые альбские и се-номанские пески.

Среди минералов железа в первую очередь необходимо отметить значительное содержание в культурных слоях лимонита, присутствие которого хорошо коррелируется с преобладающим содержанием пыльцы ели на спорово-пыльцевых диаграммах.

В разрезе стоянки Костенки 14 уровни культурных слоев среди прочих минералов отмечены повышенным содержанием аутигенного пиролюзита, а также в III и IV культурных слоях повышенным содержанием МпО в химических анализах. Здесь же отмечается наиболее высокое на фоне всего разреза стоянки содержание аутигенного лимонита, что в свою очередь также характеризует гумидную обстановку осадконакопления с достаточным увлажнением. Гидроокислы марганца присутствуют также в культурных слоях стоянки Костенки 21 и в I культурном слое Костенок 17. Максимальное содержание пиролюзита и МпО совпадает в спорово-пыльцевых спектрах с елово-сосновым редколесьем, что свидетельствует об увлажненных и умеренно теплых климатических условиях, позволяющих формироваться оксидам марганца при участии достаточного количества гумусовых кислот во вмещающем суглинке. Характерна и соответствующая окраска интенсивно гумусированных суглинков на уровне III и IV культурных слоев — от черной до рыжевато-бурой. Повышенное.

167 содержание окислов Мп также может объясняться активной деятельностью растительной органики.

Наряду с присутствием аутигенного лимонита, возможно аутигенного пиролюзита, можно предположить также аутигенный характер лейкоксена. Вполне возможно, что источником аутигенных новообразований титана служил алюмосшшкатный терригенный материал (слюды и др.). Титан зачастую ассоциирует с органоминеральными соединениями, которые тоже могут являться источниками для новообразований титана. Однако, этот вопрос требует дальнейшего исследования.

Изложенный анализ литологической характеристики культурных горизонтов палеолитических стоянок Костенковско-Борщевского района представляет собой первый обобщенный материал по особенностям литологического строения культурных слоев, основанный на анализе гранулометрического и минералогического составов отложений, вмещающих культурные слои, их химических особенностей, некоторых физических характеристик, а также палинологических данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Изложенные в работе материалы в значительной степени компенсируют недостаточную литологическую изученность верхнеплейстоценовых отложений Костенковско-Борщевского палеолитического района.

Проведенные исследования позволили решить на основе комплексного литологического анализа основные вопросы строения и вещественного состава аллювиальных и склоновых образованийпроследить характер изменения их литологического состава в течение позднего неоплейстоценавыявить литоло-гические особенности отложений вмещающих культурные слои.

I. Аллювиальные отложения, включающие русловой и пойменный аллювий нижневалдайского комплекса 2-й террасы, представлены суглинками мергелистыми, песчанистыми, слоистыми.

Гранулометрический состав руслового аллювия характеризуется высоким содержанием псаммитовой фракции и низким — алевритовой, пойменного — более высоким содержанием пелитовой и алевритовой составляющей и меньшим содержанием псаммитовой.

Минералогический спектр отличается повышенным содержанием тяжелой фракции в русловом аллювии по сравнению с пойменным. Русловой интервал по сравнению с пойменным выделяется повышенным содержанием устойчивых минералов — рутила, циркона, дистена, ставролита, а также более высоким коэффициентом выветрелости, что свидетельствует о преобладании процессов дифференциации минерального состава при формировании руслового * аллювия над процессом интеграции твердого стока.

Палеогеографическая обстановка аллювиального осадконакопления характеризуется тенденцией изменения состава спорово-пыльцевых комплексов межстадиальных брерупа к стадиальным главной фазы калининского оледенения и далее — к мончаловскому межледниковью, что выражается в смене преобладающего развития суббореальной, перигляциальной и бореальной растительности.

II. Склоновые отложения в кровле 1-й и 2-й надпойменных террас представлены генетически различными типами отложений валдайского комплекса: пойменно-балочными, делювиальными и эоловыми. К ним приурочено большинство верхнепалеолитических стоянок древнего человека. Пойменно-балочные отложения представлены двумя гумусовыми пачками и прослоем суглинка с вулканическим пеплом между ними в кровле 2-й террасыделювиальные отложения — перекрывающими лессово-почвенными образованиямиэоловые — венчающим разрез обоих террас суглинком лессовидным и типичным лессом.

1. Пойменно-балочные средневалдайские отложения характеризуются:

• преобладающим содержанием пелитовой и алевритовой составляющей;

• дистен-циркон-гранат-амфибол-рутиловой минералогической ассоциацией.

• довольно низким коэффициентом выветрелости (1,8);

• среди рудных минералов преобладанием лимонита и ильменитавысоким содержанием пиролюзиталимонит и пиролюзит являются в значительной степени аутигенными минералами;

• значительной концентрацией 8102, А120з, РеО, Ре20з, ТЮг и др.;

• высоким содержанием И, V, ва, Си, Ag, Ъп, 8п, 8 г, Р;

• в спорово-пыльцевых комплексах — сменой от суббореальной растительности к перигляциальной и вновь к бореальной;

• генезис гумусовых пачек по текстурным признакам и условиям залегания интерпретируется как пойменный, как результат геологической деятельности выдающихся паводков при формировании аллювия 1-й террасы/.

2. Делювиальные поздневалдайскиеотложения характеризуются:

• преобладающим содержанием пелитовой фракции при заметном участии алевритовой, для средневалдайского делювиального комплекса установлено преобладание содержания алевритовой фракции над пелитовой;

• циркон-дистен-гранат-рутиловой минералогической ассоциацией;

• коэффициент выветрелости составляет 2,1;

• среди рудных минералов преобладает лимонит и ильменит, заметно присутствие пиролюзита;

• повышенным содержанием Si02, ТЮ2, Fe203, А1203, Р205 и пониженным — К20, Na20, СаО;

• среди малых и редких элементов значительно содержание Mn, Ti, V, Сг, Ga, Со, Ag, Sn, Li;

• спорово-пыльцевыми комплексами, характеризующими господство открытых лесов, образованных разнотравно-злаковыми группировками и появлением древесной растительности в периоды потепления и увлажнения.

3. Эоловые поздневалдайские отложения характеризуются:

• преобладающим содержанием пелитовой, значительно меньшим содержанием алевритовой и псаммитовой фракций;

• преобладанием рудных минералов над прозрачнымициркон-дистен-гранат-рутил-эпидотовой минералогической ассоциациейустановлено присутствие монацита;

• коэффициент выветрелости изменяется в пределах 1,0−2,8;

• среди рудных минералов преобладают лимонит и ильменит, также наблюдается увеличение роли лейкоксена, пиролюзит содержится в небольшом количестве, за исключением разреза Стратиграфического шурфа, где содержанием минералов марганца достигает 7,3%;

• понижением содержания Si02, А1203, Fe203, Р205 и повышенным — ТЮ2 и СаО, за исключением разреза Стратиграфического шурфа, где установлено увеличение содержания Fe203, МпО;

• среди малых и редких элементов повышено содержание Мп, Т1, V, № и понижено — М, Ъа и Р;

• спорово-пыльцевые спектры характеризуют развитие степных ландшафтов и изменение их от мезофитной до ксерофитной степисреди древесных иногда отмечается сосна и ель.

Таким образом, все представленные генетические типы отложений сформировались в основном за счет более древних местных четвертичных породаллювиальные и аллювиально-делювиальные отложения по сравнению с делювиальными и эоловыми выделяются более значительной дифференциацией исходного вещества и незначительным привносом эолового материала.

4. Культурные слои и вмещающие их пачки, чаще гумусированные характеризуются следующими литологическими особенностями:

• слабой выраженностью в гранулометрическом спектре отложений. Не-переотложенные культурные горизонты отличаются значительным уменьшением пелитовой и увеличением псаммитовой фракций, переотложенные — наоборот. Культурные горизонты, сочетающие в себе признаки и первичного и вторичного залегания по содержанию пелитовой и алевритовой фракций менее выражены, но близки к непереотложенным слоям;

• повышенным содержанием в тяжелой фракции прозрачных минераловрутила, анатаза, циркона, дистена, ставролита, граната и фосфатовсреди рудных минералов — лимонита, магнетита, реже ильменита и лейкоксена. При этом увеличение содержания лимонита сопровождается уменьшением содержания лейкоксена. Наблюдается приуроченность в разрезах стоянок пирита именно к культурным горизонтам. Характерно присутствие глауконита;

• повышенным содержанием гумуса (более 1%), Р2О5, 8102, ТЮ2, А12Оз, МпО, № 20, иногда Ре203, а также ванадия, галлия, никеля, медисвинца, цинка, стронция, олова и литияпониженное содержание СаО;

• повышенными значениями рН — до 8,5%;

• в поглощенном комплексе повышенным содержанием натрия и кальция;

• повышенной плотностью скелета грунта в пределах культурного слоя;

• микротекстурными особенностями.

Подобные литологические признаки культурных горизонтов являются отражением довольно существенных перерывов в склоновом осадконакоплении, а также проявлением антропогенного воздействия на осадочный процесс.

Таким образом, аллювиальные (русловые и пойменные), пойменно-балочные, делювиальные и эоловые отложения имеют вполне определенные литологические характеристики и отличия, на основании которых возможна детальная корреляция разрезов в пределах Костенковско-Борщевского района.

Особой выразительностью в вещественном составе, структуре и текстуре отложений обладают культурные горизонты верхнепалеолитических стоянок.