Геолого-тектонические особенности бассейна верхнего течения реки Нуры

Регион имеет длительную палеогеографическую историю и сложен по геологическому строе­нию. В верхней и средней части территории бассейн реки Нуры представляет собой Казахский щит молодой эпипалеозойской Урало-Сибирской платформы. Геологическое строение щита представляет собой сложное сочетание остатков протерозойских структур, многочисленны каледонские и герцин-ские структуры. Последние ориентированы в различных направлениях, что создает, вместе с имею­щимися здесь более древними массивами, общее мозаичное сочетание территории [1].

Тектонике и палеогеографии Казахской складчатой страны посвящены труды А.Д.Архан­гельского, Н.Н.Кассина, Е.Д.Шлыгина, Е.А.Финько, Г.Ц.Медоева и других [2]. Согласно мнению ученых, в допалеозойский период территория исследования представляла геосинклинальную зону накопления, за исключением отдельных участков, сформировавших складчатый платформенный фундамент из глубоко метаморфизованных протерозойских пород: гнейсов, кристаллических слан­цев, мраморов, амфиболитов, гранитоидов. Слагающие ее породы выходят на дневную поверхность в Сарысу-Тенизском поднятии и Ерментауском антиклинории. В палеозойский период в результате каледонских (вторая половина силура, до нижнего девона) и герцинских (средний карбон, пермь) складкообразований здесь были созданы крупные высокие горные системы со сложным строением и характером простирания. Морские воды распространялись лишь по межгорным долинам, вдаваясь заливами в сильно расчлененную территорию региона. В западной части бассейна салаирской и ран-некаледонской складчатостью уже в девоне началось образование крупной наложенной впадины — Тениз-Кургалжинской и Карагандинского синклинория. Здесь происходило формирование осадочно­го чехла из карбонатных, угленосных и соленосных отложений. Структура верховий бассейна созда­на преимущественно герцинской складчатостью. Орогения верхнего карбона сопровождалась интру­зиями гранитной магмы, которые теперь обнажаются в виде огромных гранитных массивов и связан­ных с ними жильных пород.

В послегерцинский период исследуемая территория вступает в платформенный цикл развития, происходит разрушение образовавшихся гор, вырабатывается гидрографическая сеть. Влажный теп­лый климат мезозоя способствовал интенсивному проявлению эрозионно-аккумулятивных процес­сов, формированию денудационного рельефа. Территория бассейна превратилась в пенеплен с оста­точными возвышенностями, широко развитыми речными долинами. В понижениях рельефа накапли­вались континентальные речные и озерно-болотные, местами угленосные отложения.

В третичный период, во время максимальной морской трансгрессии, северо-западная часть бас­сейна реки Нуры была кратковременно затоплена морскими водами, которые через Тениз-Коргалжинскую впадину проникали в долину реки до отметки 600 м. Осадки третичных морских вод представлены различными глинистыми отложениями в центральной части впадины, а ближе к краям — песчаными. Во внутренней части области третичные отложения сохранились в виде кор выветри­вания по долинам рек, на элювиально-делювиальных образованиях которых формируются солонце­ватые почвы, солонцы.

В неоген-четвертичное время происходит дальнейшее развитие эрозионно-аккумулятивных про­цессов на фоне общего неотектонического поднятия и похолодания климата. Древняя мезозойско-палеогеновая поверхность выравнивания подверглась крупным деформациям. Произошли поднятия в восточной и юго-восточной частях бассейна. С возникновением островных гор и разноуровневым поднятием мелкосопочных форм рельефа в западной части бассейна произошли относительные опус­кания унаследованного характера. Поэтому в рельефе достаточно четко выражены древние тектони­ческие структуры (Тениз-Коргалжинская впадина).

Понижение базиса эрозии повлекло за собой пропиливание и разработку речных долин до со­временного уровня, но усиление долинообразования и дренажа не успело распространиться на уда­ленные от речных артерий бессточные части территории бассейна. Немаловажная роль в эрозионно-аккумулятивном процессе при аридизации климата принадлежала ветровой эрозии. Образования чет­вертичного периода широко распространены и повсеместно перекрывают более древние отложения. Литолого-генетически они представлены элювиальными и аллювиальными суглинками, супесями и песками, в абсолютном большинстве случаев щебнистыми.

В кембрии на территории Центрального Казахстана выделяются значительные участки суши в районе оз. Тениз и южнее, в бассейне р. Сарысу. В этих районах осадки ордовика ложатся на проте­розой. Многие исследователи утверждают, что значительные площади Центрального Казахстана и в кембрии были заняты морями. Кембрийскими породами синхроничны отложения гор Тектурмас к югу от г. Караганды (нижняя часть нижнего палеозоя) [3]. Отложение осадков ордовика в Централь­ном Казахстане шло на тех же площадях, что и в верхнем кембрии. Происходило постепенное расши­рение и погружение депрессий, наметившихся после салаирских дислокаций. С приближением к озе­ру Тениз материал ордовикских отложений становится грубее, вулканогенный материал в составе осадков уменьшается. В Карагандинском районе серия пород готландия приобретают другой харак­тер. Розовые и красные цвета сменяются на зеленоватые, синеватые, темно-серые; песчаники стано­вятся более тонкозернистыми, более часты туфовые прослои, появляются глинистые сланцы; значи­тельную часть толщ готландия здесь составляют алевриты. Разрез готландия в схеме такой (снизу):

1)    конгломераты и зеленые, серые и лиловые, голубоватые песчаники — свыше 500 м;

2)    тонкозернистые песчаники с прослоями мергелей с гастроподами, Encrinurus punctatus —300-600 м;

3)    мергелистые известняки, глинистые песчаники и зеленые сланцы с Favosites hisingeri и мно­жеством других уинлокских форм — до 250 м;

4)    зеленоватые песчаники с прослоями мергелистых песчаников и мергелей — 200-300 м;

5)    конгломераты, песчаники, брекчии, туфы, лавы, по преимуществу средней основности —300-750 м [4].

К юго-западу от Караганды в бассейне рек Сулу-Медине (левые притоки р. Нура-Шерубайнура) описан готландий с таким разрезом. Внизу залегают конгломераты, серые и зеленоватые полимикто-вые песчаники с прослоями глинистых сланцев. Верхнюю часть толщи готландия составляют пере­межающиеся слои песчаников и сланцев: им подчинены конгломераты, прослои и линзы известняков. Мощность толщи превышает 1500 м. На запад от Караганды осадочные толщи готландия выклини­ваются. Но по р. Куланотпес еще прослеживаются толщи зеленовато-серых песчаников, коричневых, красных, средне- и грубозернистых, отдельными свитами — туфовых. Мощность их до 1000 м. На них налегает серия конгломератов, грубозернистых песчаников, нередко туфовых. Сверху их покры­вают конгломераты, брекчии агломераты, кислые и средней основности лавы — 200-750 м. К югу от оз. Тениз и в бассейне р. Терисаккан из-под девонских песчаников только местами обнажаются не­большой мощности вулканогенные серии, аналогичные толщам верхов готландия [1].

Речная сеть Центрального Казахстана в девоне характеризовалась обилием мелких горных речек, увлекавших значительные массы грубообломочного материала, отлагавшегося у подножия гор и в ме­ждугорных впадинах. На площадях каледонской суши формировались крупные речные артерии, кото­рые в конце нижнего девона давали значительные массы песчаного материала. В среднем девоне про­исходит значительное выравнивание. Частые поднятия и опускания суши оживляли речную сеть [5].

В районах течения рек Шидерты, Оленты, верховьев Есиля, а также среднего течения реки Нуры и ее притоков карбоновые отложения представлены весьма разнообразно. В Карагандинском бассей­не разрез карбона представляется в таком виде:

1)   в основании карбона лежат сланцеватые окремненные зеленоватые мергели (30-40 м);

2)   серые известняки — от 35 до 40 м;

3)   криноидные известняки — до 25 м;

4)   зеленоватые мергелистые сланцы — до 35 м;

5)   Ашлярикская свита — глинистые, известковые песчаники — до 500 м;

6)   Карагандинская свита представлена темными и глинисто-песчаными сланцами и угольными пластами до 600 м [4].

В Карагандинском бассейне мезозойские отложения достигают 1200-1300 км2. Встречаются тем­ные конгломераты — 20-225 м; серые, розовые, красные глинистые и песчанистые сланцы — 50 м; песчаники, сланцы, углистые глины, мергелистые прослои, пласты и линзы бурых углей — 14-100 м; на размытую поверхность налегают рыхлые пески, конгломераты, песчаники, глины — 25-150 м [1].

На огромной площади Казахской складчатой страны не имеется отложений, принадлежность ко­торых к мелу была бы доказана органическими остатками. Ближе к дну древних долин глины часто содержат щебень боковых пород долин. В основании этих отложений иногда залегают пески, галеч­ники, перемешанные с глиной. Мощность глин в более широких древних долинах достигает 70-80 м (например, в долине Нуры у пос. Самаркандского и др.). Мощность этих глинистых отложений на 35-40 м прослежена буровыми скважинами во множестве долин бассейна реки Нуры [6].

Третичные отложения по широким древним долинам со стороны Тургайской, Сибирской и Ир­тышской впадин заходят в Казахскую складчатую страну Центрального Казахстана. Обнажения тре­тичных отложений здесь очень редки и вскрывают третичные породы только на небольшую глубину. В долине р. Нуры, в Карагандинском районе, толща их составляет 60-80 м; по долинам притоков р. Нуры, р. Кокпекты — 30-45 м; по р. Шерубайнура — 40-60 м [7].

Речная сеть в первую половину третичного периода, в силу повышенного базиса эрозии, имела развитие только в горных областях Казахстана. На остальной площади суши, в основном в Централь­ном Казахстане, выработанные в мезозое широкие речные долины заполнялись осадками, и только в своих вершинах речные долины продолжали свое развитие [8].

Четвертичные отложения на исследуемой территории разнообразные. Широкие долины, разде­ленные отдельными горными грядами или группами холмов, сопок, горок, являются важнейшими морфологическими элементами данной территории. Эти долины выработаны еще в дотретичное вре­мя. В верхнем мелу и палеогене долины частью были заполнены или морскими (по окраинам Казах­ской складчатой страны), или континентальными осадками (внутри Казахской складчатой страны). В неогене, при развитой гидрографической сети и понижении базиса эрозии, от этих отложений древ­ние долины частично освобождены. При наступлении четвертичного периода, с его чередованием влажных и сухих эпох, повышением базиса эрозии, вследствие наступания льдов с севера Сибири долины Центрального Казахстана снова заполнялись в той или иной мере рыхлыми осадками. Древ­ние речные долины в значительной мере заполнены делювиальными наносами, продуктами разруше­ния окружающих гор и возвышенностей. Но по речным долинам отложены и аллювиальные осадки, которые в Центральном Казахстане образуют чаще четыре террасы, причем нижние две нередко сли­ваются или не разделяются отчетливо друг от друга. Выделенные четыре террасы на ряде рек Цен­трального Казахстана (рр. Шерубайнура, Сарысу, Талды-Еспе и др.) были обследованы в связи с уст­ройством водохранилищ. Выяснилось, что наиболее глубокими речные долины были в эпоху форми­рования третьей террасы. Так, на р. Нура-Шерубай, у сопки Шерубай днище четвертой террасы нахо­дится от уровня воды в реке на глубине 0,1 м, третьей — 1 м, второй — 7 м и первой — 2 м. Из долин самой широкой является наиболее древняя. Значительной ширины достигают и долины третьей (рис-ской) террасы; более узкими являются долины второй и первой террас. Ширина долин следующая: четвертой террасы — 2000-2500 м, третьей — 1200-1700 м, второй — 850-1300 м и первой — 50­150 м [9].

Многими геологами ломаный профиль ряда речных долин бассейна реки Нуры объясняется но­вейшими поднятиями, вспучиванием отдельных участков. Такой обновленный характер долины на­блюдается и в Нура-Шерубайском бассейне [3, 6, 9, 10].

Горы Каркаралинско-Кызыларайского района представляют собой также область новейших поднятий: деформация поверхностей выравнивания, наличие отдельных их фрагментов на разных высотах, разделенных крутыми, иногда скалистыми уступами, или их изгибов, не оправданных лито-логическим составом пород, наличие межгорных впадин, прямолинейных, с денудационным скали­стым дном, возникновение которых нельзя объяснить эрозионными процессами.

В.И.Яговкин [Свинцовое месторождение по р.Ишим, 1934. — С. 2-4] в качестве доказательства наличия молодых тектонических движений для данного района приводит следующие факты. Горы Каркаралинско-Кызыларайского района являются наиболее высокими в Центральном Казахстане, достигая высоты 1300-1500 м. Они сложены молодыми герцинскими гранитами, несмотря на то, что сопротивляемость их к выветриванию значительно меньшая, чем окружающих пород — широко раз­витых здесь эффузивов. Граниты рассечены большим количеством трещин, по которым, согласно В.И.Яговкину, произошло блоковое поднятие участков, ставших горами. Отмечается и приурочен­ность к ним родников. Автор также указывает на весьма небольшие амплитуды перемещений по мо­лодым разломам, часто дающим смещение лишь в одной толще, что и затрудняет их установление.

Молодые поднятия обычно не связаны со структурными линиями, не группируются в законо­мерно вытянутые пояса, а изолированы, имеют небольшую площадь, на первый взгляд, бессистемно разбросаны на всей территории и в большинстве случаев связаны с гранитами преимущественно гер-цинского возраста.

Н. С. Шатский (1951) показал, что молодые прогибы, выполненные мезозойскими, кайнозойски­ми осадками (Тургайская, Чуйская, Тенизская, Карагандинская и другие впадины), унаследованы от аналогичных палеозойских структур, но в данном случае они ограничивают в целом общую область незначительного возвышения всего пенепленизированного Казахстана [4].

Исследуемая территория располагается в пределах Ерментау-Чу-Илийской зоны и Нуринском, Карагандинском синклинории. Ордовикские отложения подстилают осадки силура в Нуринском синклинории,  обнажаясь  по  южному крылу и  на западе  этой структуры.  По заключению

B. А.Востоковой, в Нуринском синклинории есть толща кремнистых пород ордовикского возраста на северном крыле Тектурмасского антиклинория в верховьях реки Карасу, относящейся к верхнему докембрию сарытауской свиты, лежит терригенная куланотпесская свита. Ее мощность около 2000 м. По мнению Р.А.Борукаева, куланотпесская свита считается древней [Избранные труды. Т. 1, 2. — C.  8-12].

Карагандинский синклинорий характеризуется широким развитием отложений силурийской системы. Наиболее хорошо фаунистически охарактеризованный ряд силурийских отложений, по за­ключению Н.Ф.Михайловой, устанавливается у Карагандинского синклинория на междуречье Ак-жар-Жартас. В пределах Нуринского синклинория впервые палеонтологически охарактеризованные силурийские отложения были выделены М.А.Борисяк.

А. А. Быданов объединил весь терригенный комплекс южной окраины Карагандинского бассейна, располагающийся между основными порфиритами байдаулетовской свиты и порфиритами альбито-фирового комплекса D1-2, в сарыкульскую свиту, которую на основании находок фауны отнес к верх­нему силуру.

Позднее Н.П.Четвериковой была разработана схема расчленения силура Нуринского синклино-рия [12]. В составе силура ею были выделены ерменская и исеньская свиты. Ерменская свита, не со­держащая фауны, была условно отнесена к нижнему силуру. Возраст исеньской свиты, палеонтоло­гически богато охарактеризованной, определялся как верхнесилурский. Ерменская свита слагает южное крыло Нуринского синклинория и построена однообразно. По Н. П.Четвериковой, она сложена преимущественно голубовато-зелеными алевролитами и песчаниками с подчиненными прослоями конгломератов и красноцветных алевролитов общей мощностью до 5000 м. Исеньская свита в преде­лах Нуринского синклинория слагает Исеньскую и Богимбайскую синклинали, южные крылья Кара-узенской синклинали и Шолидинского моноклинального блока. По сравнению с ерменской характе­ризуется более разнообразным литологическим составом пород, сильной фациальной изменчиво­стью, наличием органических остатков. Мощность исеньской свиты достигает 3500 м.

Геологические исследования северной части Казахстана, начатые ведомством в 1982 г., позволи­ли дать более систематические сведения о стратиграфии и тектонике, главным образом верхнедевон­ских отложений (Высоцкий, Петц). Все осадочные и метаморфические образования Казахстана были отнесены к девонской и каменноугольной системам [4].

Такое представление о геологическом строении Казахстана сохранялось до середины 20-х годов ХХ в., до начала планомерных геологосъемочных работ, которые проводили Н.Г.Кассин, Д.С.Коржинский, Г.И.Водорезов Г.Ц.Медоев и другие. В процессе этих работ к концу 30-х годов бы­ли выявлены фаунистически охарактеризованные осадочные отложения нижнего девона, расчленены верхнедевонские отложения. Н.Г.Кассин выделил вулканогенный комплекс.

Современные отложения объединяют несколько генетических типов, развитых сравнительно не­большими участками по всему району. Аллювиальные осадки представлены русловыми и поймен­ными фациями. В руслах рек Есиля и Нуры аккумулируется в основном гравийно-галечный материал с песчаным заполнителем, а в р. Куланотпес осаждаются пески, супеси и глина.

Пойменные террасы на участках слияния р. Есиля, Нуры достигают ширины 20 км; у рек Есиль и Нура — 1-2 км, Куланотпес — 200-400 м.

Низовья рек Нура и Куланотпес представляют сложную систему озер, связанных между собой протоками. Основная масса взвешенного материала, приносимого водами рек Нуры и Куланотпес, осаждается в естественных «отстойниках» — проточных озерах. В половодье здесь образуются ши­рокие разливы, и взвешенный материал отлагается в спокойной водной среде, формируя современ­ные озерно-аллювиальные осадки, состоящие из суглинков, иловатых глин, местами с прослойками супесей или мелкозернистых песков. Мощность отложений достигает 3 м.