Четвертичная геология суши

Учебное пособие

В. И. Астахов

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ  
ГЕОЛОГИЯ СУШИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

© Санкт-Петербургский  
 
государственный  
 
университет, 2020

© В. И. Астахов, 2020

УДК 551(075.8)
ББК 26.323
 
А91

Ре це н з е н т ы: д-р геол.-минерал. наук И. Д. Зольников (Новосибирский гос. ун-т); канд. геогр. 
наук Г. Б. Федоров (Ин-т наук о Земле С.-Петерб. гос. ун-та)

Рекомендовано к печати  
УМК по УГСН 05.00.00 Науки о Земле 
Санкт-Петербургского государственного университета

Астахов В. И.
Четвертичная геология суши: учеб. пособие. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. 
ун-та, 2020. — 440 с. 
ISBN 978-5-288-06082-3

В учебном пособии рассматриваются способы, приемы и результаты изучения 
геологическими методами четвертичных отложений и последних 2,6 млн лет истории 
земной поверхности. Подробно рассматриваются диагностические критерии выделения 
и картирования главных генетических типов континентальных отложений, характерных 
для территории России. Излагаются современные представления о палеоклиматической 
ритмике и ее проявлении в природной зональности и осадочной летописи крупных континентальных регионов. В контексте новейшей геологической истории рассмотрены  
следы направленной эволюции биоты и антропогенеза.
Издание адресовано магистрантам, аспирантам, молодым исследователям и специалистам-практикам.

УДК 551(075.8) 
ББК 26.323

А91

ISBN 978-5-288-06082-3

Оглавление

Предисловие .................................................................................................  
7

Глава 1. Общее понятие о четвертичной геологии ............................  
9

1.1. Предмет изучения ........................................................................  
9

1.2. Климатическая ритмика четвертичного периода ................  
18

1.2.1. Признаки глобальных климатических ритмов ...........  
18

1.2.2. Орбитальная теория климатических колебаний ........  
20

1.2.3. Земной усилитель колебаний  
теплообеспеченности .......................................................  
24

1.3. Классификация четвертичных образований .........................  
27

1.3.1. Главные черты четвертичного покрова .......................  
27

1.3.2. Системность геологических карт ...................................  
30

1.3.3. Генетический принцип классификации ........................  
32

1.3.4. Систематика генетических типов  
континентальных четвертичных отложений ..............  
34

Глава 2. Главные генетические типы  
континентальных отложений ...................................................  
38

2.1. Элювиальные образования (элювий) ......................................  
38

2.2. Склоновые образования ............................................................  
40

2.2.1. Коллювиальные отложения (коллювий) .......................  
41

2.2.2. Оползневые отложения (деляпсий) ...............................  
44

2.2.3. Десерпционные отложения (десерпций) ......................  
45

2.2.4. Солифлюкционные отложения (солифлюксий) ...........  
47

2.2.5. Делювиальные отложения (делювий) ...........................  
49

Оглавление
4

2.3. Речные образования ...................................................................  
50

2.3.1. Геологическая работа реки .............................................  
53

2.3.2. Равнинный аллювий .........................................................  
54

2.3.3. Горный аллювий ................................................................  
71

2.3.4. Перигляциальный аллювий ............................................  
77

2.3.4. Пролювий ............................................................................  
81

2.4. Озерные отложения (лимний) ...................................................  
86

2.5. Болотные отложения ...................................................................  
89

2.6. Геологическая работа ледников ...............................................  
94

2.6.1. Ледниковая теория ............................................................  
95

2.6.2. Свойства льда и причины его движения ......................  
97

2.6.3. Типы ледников и формы их движения ..........................  
98

2.7. Ледниковые отложения ..............................................................  
109

2.7.1. Основная морена ...............................................................  
110

2.7.2. Абляционная морена ........................................................  
119

2.7.3. Краевые морены ................................................................  
121

2.8. Ледниково-морские отложения ................................................  
124

2.9. Водно-ледниковые образования ..............................................  
128

2.9.1. Флювиогляциальные отложения ...................................  
130

2.9.1.1. Приледниковые флювиогляциальные 
отложения ..............................................................  
131

2.9.1.2. Внутриледниковые флювиогляциальные 
отложения ..............................................................  
139

2.9.2. Катафлювиальные отложения ........................................  
146

2.9.3. Лимногляциальные отложения ......................................  
149

2.9.3.1. Приледниковые ледниково-озерные 
отложения ..............................................................  
150

2.9.3.2. Внутриледниковые ледниково-озерные 
отложения ..............................................................  
154

2.9.3.3. Строение ледникового осадочного 
комплекса ..............................................................  
159

2.10. Гляциотектоника ........................................................................  
162

2.10.1. Тангенциальная гляциотектоника ...............................  
163

2.10.2. Радиальная гляциотектоника .......................................  
171

2.11. Криогенные образования ........................................................  
179

Оглавление
5

2.12. Эоловые отложения...................................................................  
196

2.12.1. Перевеянные отложения ...............................................  
199

2.12.2. Навеянные отложения ....................................................  
205

2.12.3. Субаэральная формация ................................................  
212

Глава 3. Историко-геологические результаты .....................................  
216

3.1. Методы изучения четвертичных образований ....................  
216

3.1.1. Выбор методов исследования .........................................  
216

3.1.2. Собственно геологические методы ...............................  
219

3.1.3. Роль палеонтологических методов ...............................  
226

3.1.4. Методы дальней корреляции ..........................................  
231

3.2. Основы стратиграфии четвертичной системы ......................  
236

3.2.1. Принципы измерения геологического времени ........  
236

3.2.2. Типы стратиграфических подразделений ....................  
239

3.2.3. Общие подразделения ......................................................  
241

3.2.4. Местные стратиграфические подразделения .............  
248

3.2.5. Региональные подразделения ........................................  
251

3.3. Стратиграфия квартера суши Западной Европы 
и Северной Америки ...................................................................  
255

3.3.1. Альпийская шкала ..............................................................  
255

3.3.2. Современная стратиграфия плейстоцена  
Северной Европы ...............................................................  
258

3.3.3. Стратиграфия внеледниковой области .........................  
269

3.3.4. Позднеледниковье и голоцен Северной Европы .......  
276

3.3.5. Северная Америка .............................................................  
286

3.4. Четвертичная стратиграфия Русской равнины .....................  
294

3.4.1. Область южных морских трансгрессий .........................  
295

3.4.2. Лёссовая область ................................................................  
301

3.4.3. Ледниковая область ..........................................................  
310

3.5. Проблемы четвертичной истории Русского Севера ............  
331

3.5.1. Северный плейстоцен .......................................................  
331

3.5.1.1. Структура и происхождение формации ..........  
331

3.5.1.2. Главные реперы древнеледниковой  
истории равнин ....................................................  
342

3.5.1.3. Последний ледниковый цикл ............................  
353

Оглавление
6

3.5.2. Горное оледенение ............................................................  
359

3.5.3. Перигляциальная область ...............................................  
363

3.6. Эволюция природной среды в четвертичное время ...........  
372

3.6.1. Изменения рельефа суши ................................................  
372

3.6.2. Изменения природной зональности .............................  
378

3.6.3. Изменения в растительном и животном мирах .........  
390

3.6.4. Антропологические изменения ......................................  
397

Список иллюстраций ..................................................................................  
410

Список таблиц ..............................................................................................  
420

Литература ....................................................................................................  
421

Предисловие

Книга, представленная вашему вниманию, содержит свод базовых знаний 
о способах и результатах исследования последнего этапа геологической 
истории суши, представленный в общедоступной иллюстрированной форме. 
Работа наследует структуру и частично содержание предыдущего, меньшего 
по объему и содержанию пособия по четвертичной геологии для студентов-геологов [Астахов, 2008]. Настоящее же издание задумано в помощь магистрантам, аспирантам и молодым специалистам. Соответственно, увеличен 
объем текста, особенно за счет обильного иллюстративного материала. Книга 
снабжена обширным списком литературы, в котором читатель может самостоятельно выбрать интересующие его темы. Вот почему это скорее учебное пособие, нежели учебник. Книгу ни в коей мере не стоит рассматривать как универсальный справочник по всем объектам четвертичной геологии, поскольку 
ввиду ограниченности объема пришлось ограничиться рассмотрением наиболее значимых геологических образований. 
Наука о четвертичном периоде истории Земли велика и многообразна, 
а все ее содержание не помещается даже на 3888 страницах четырехтомной 
«Энциклопедии науки о четвертичном периоде» [Encyclopedia…, 2013]. Опущенная здесь геология морей и океанов составляет особую область знания 
и изучается в специальных курсах, причем не обязательно с упором на историю 
последних 2,6 млн лет. Ввиду специфики почти непрерывной океанической 
седиментации многие морские геологи не видят четкой границы между плиоценом и плейстоценом или принципиальной разницы между методами изучения четвертичной и неогеновой систем. 
Вряд ли найдется сухопутный геолог, который подпишется под таким заключением. Четвертичный период выделяется среди остальных этапов мезо- 
кайнозоя ярко выраженной геократичностью. Вся суть четвертичной геологии, 
отличающей ее от других дисциплин, занимающихся фанерозоем, заключается 
именно в детальном исследовании континентальных отложений специфическими методами; поэтому автор ограничил свою задачу описанием ключевых 
признаков наиболее часто встречающихся на территории России приповерх

Предисловие
8

ностных геологических объектов и принципов их изучения. С такими объектами, которым посвящена физико-геологическая глава 2, интересующиеся 
предметом молодые исследователи в основном и будут иметь дело в своей практике. Эта концепция, помноженная на стремление осовременить базу необходимых данных, больше всего повлияла на содержание данной работы.
Другая особенность публикации заключается в относительной лапидарности текста, нацеленного на диагностику изучаемых объектов. Известные 
фундаментальные работы на эту тему, с одной стороны, чересчур подробны 
для начинающего исследователя, а с другой стороны, как правило, имеют выраженный академический характер. Настоящее же пособие рассчитано в основном на исследователей, непосредственно связанных с полевым изучением 
приповерхностных пород. Способствовать этому и призван весь большой по 
объему корпус иллюстраций. Опыт показывает, что освоение приемов изучения объектов четвертичной геологии скорее достигается визуальными образами конкретных объектов, чем пространными стратиграфическими и палеогеографическими рассуждениями. 

Глава 1

ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ  
О ЧЕТВЕРТИЧНОЙ ГЕОЛОГИИ

1.1. Предмет изучения

В задачу этой книги входит ознакомление с методами и результатами изучения 
последней главы геологической истории суши и связанных с ней горных пород. 
Обычно ее называют четвертичным периодом, или Quaternary в международной терминологии. Экономическое значение геологических тел, образовавшихся в четвертичное время, весьма велико. Они представляют основной 
субстрат человеческой деятельности, включая стройматериалы и источники 
пресной воды. Поэтому уже с начала XIX века поверхностные горные породы 
выделялись в особую четвертичную геологическую систему (квартер), понятие которой ввел Ж. Денуайе в 1829 году. Этот термин унаследован от естествоиспытателей XVIII века, деливших горные породы на первичные, вторичные, третичные и четвертичные. В советской литературе использовалось 
также предложенное А. П. Павловым название антропоген, которое подчеркивает, что это время появления и развития человечества. В связи с этим четвертичная геология изучается отдельно от прочей исторической геологии — 
это наше время, которое и лучше всего изучено, и интересует человечество 
гораздо больше, чем время трилобитов или аммонитов. В главе 1 обсуждаются основные задачи, принципы и приемы изучения четвертичнoй системы 
с упором на континентальные образования [Астахов, 2008].
Четвертичный период завершает историю глобального кайнозойского 
похолодания, начавшегося в конце палеогена. Палеонтологически он тесно 
связан с органическим миром неогена, поэтому принятое по соглашению геологов положение его нижней границы неоднократно менялось. Одни геологи 
считали начальным событием четвертичного периода появление холодноводной фауны в Средиземном море, другие — фораминифер вида Globorotalia 
truncatulinoides в океане, третьи — ледниковых покровов. Возникновение родов 
Homo и Mammuthus для нас, обитателей суши, более важно, хотя использовать 
эти находки для определения геологического возраста очень трудно ввиду их 
редкости. Ледниковые явления, видимо, лучше подходят для обособления чет

Глава 1. Общее понятие о четвертичной геологии 
10

вертичного времени в высоких широтах, а биологические больше применимы 
в тропиках и субтропиках. 
Климатическую обособленность завершающего геологическую историю 
четвертичного периода (вместе с плиоценом) можно видеть на графике примеси тяжелого изотопа кислорода 18O в раковинах фораминифер, найденных 
в донных илах Атлантического океана (рис. 1.1). Содержание 18O увеличивается с падением уровня океана и охлаждением его воды. 
В СССР долгое время границу четвертичного периода проводили в основании бакинской трансгрессии Каспия на уровне примерно 0,7 млн лет назад, 
что необходимо иметь в виду при чтении научной литературы советского 
времени. Российская геологическая служба в 1990-х годах перешла на меж
Рис. 1.1. Изотопно-кислородная кривая, по данным анализа донных фораминифер 
Атлантики, отражающая изменение климата с конца мелового периода. Источник: 
[Duff, 1993]. Значками показаны отдельные колонки донных отложений; слева от 
вертикальной линии — интервал распространения ледниковых покровов

1.1. Предмет изучения

дународный стандарт нижней границы на уровне 1,8 млн лет назад, а позже 
и на уровне 2,6 млн лет назад, принятом Международным геологическим конгрессом в 2008 году. 
Четвертичная геология — это часть науки о четвертичном периоде (Quaternary Science). Помимо геологов в эти многообразные исследования вовлечены палеобиологи, геоморфологи, почвоведы, океанологи, климатологи, 
мерзлотоведы, гляциологи и даже археологи, а также разработчики всевозможных физико-химических методов и специалисты по компьютерному моделированию природных процессов. Семь международных и еще больше 
национальных журналов публикуют только статьи о четвертичном периоде. 
Научные публикации о четвертичном периоде регулярно появляются также 
в общегеологических и географических журналах. Международный союз по 
изучению четвертичного периода INQUA (International Union for Quaternary 
Research) каждые четыре года собирает тысячи участников на свои конгрессы 
независимо от общегеологических. В исследованиях новейшей истории Земли 
занято гораздо больше ученых, чем в любой другой геологической дисциплине, 
поэтому это наиболее быстро прогрессирующая ветвь изучения естественной 
истории. Ее главные достижения с обзором всех многочисленных используемых методов исследования сведены в четырехтомную международную «Энциклопедию науки о четвертичном периоде» [Encyclopedia…, 2013].
На эти исследования тратятся огромные средства во всем мире, во многом 
из-за практического интереса к рыхлому осадочному покрову. По объему 
четвертичных пород, которыми сплошь покрыты великие равнины Русской 
плиты, Прикаспийской впадины, огромных Западно-Сибирской и Северо-Сибирской низменностей, Россия не имеет себе равных. К сожалению, европейские страны с гораздо меньшим объемом четвертичных пород в последнее 
время далеко обогнали Россию по масштабу и уровню их исследования. 
Так было не всегда. Еще в 1932 году во время Второго конгресса Европейской ассоциации по изучению четвертичного периода в Ленинграде отечественные геологи задавали тон, предъявив научной общественности 
первую карту четвертичного покрова Европейской части СССР под редакцией 
С. А. Яковлева. Лидирующее положение отечественная четвертичная геология 
сохраняла в 1960–1970-х годах, когда Геологической службой в обязательном 
порядке составлялись карты четвертичных отложений среднего и мелкого 
масштаба, что стимулировало приток кадров в эту область. В нашей огромной 
стране такие карты играют совершенно особую, не только научную, но и хозяйственную роль. Ниже будут рассмотрены именно отечественные принципы изучения четвертичных отложений, которые необходимо знать, чтобы 
читать и использовать многочисленные карты четвертичных образований. 
Многообразная активность в изучении четвертичного периода обусловлена не только практической потребностью разных дисциплин в региональных данных о короткопериодических вариациях климата и свойствах 

Глава 1. Общее понятие о четвертичной геологии 
12

поверхностных отложений, но и общецивилизационным устремлением к познанию роли резких изменений природной среды в развитии человечества 
и биосферы в целом. Особенно это заметно в последние 30 лет, с тех пор как 
человечество озаботилось будущим природной среды, а техногенная активность стала вызывать серьезные опасения даже у сторонников ее неограниченного роста. Для прогноза ее ближайших и отдаленных последствий требуются надежные модели реакции биосферы на различные экстремальные 
воздействия. Построить такие модели можно только на основе точных знаний 
о поведении природной системы в недавнем прошлом. Именно изучая феномены последнего отрезка геологического времени, можно с максимально возможной полнотой выяснить механизмы работы биосферы и ее компонентов, 
то есть понять, как устроено наше местообитание, и научиться оберегать его 
от природных случайностей и собственной неосторожности.
Четвертичная геология является необходимым связующим звеном 
между исследованиями физико-геологических (современных) процессов на 
земной поверхности и актуалистическим применением полученных знаний 
к расшифровке геологической истории всего фанерозоя и даже докембрия. 
Главные достижения седиментологии, вулканологии, сейсмотектоники, геокриологии и других ветвей динамической геологии связаны именно с природными объектами четвертичного возраста. Как было понято еще в XIX веке, 
«исследование наносов, при всей своей простоте, имеет, однако, и свои трудности и прежде всего требует специальной, преимущественно физико-географической (или физико-геологической) подготовки» [Кропоткин, 1876, с. 398]. 
Вряд ли можно назвать натуралистом человека, лишенного элементарных 
знаний о четвертичном периоде. Корифеи отечественной геологии А. Д. Архангельский, А. А. Иностранцев, И. В. Мушкетов, С. Н. Никитин, В. А. Обручев, 
А. П. Павлов, Е. С. Федоров, Ф. Н. Чернышев, С. А. Яковлев и многие другие глубоко вникали в вопросы четвертичной геологии, решив ряд важных проблем 
в этой области.
По этим причинам базовые знания четвертичной геологии необходимы 
не только геологу, но и любому исследователю, изучающему естественную 
историю Земли. Во всех признанных университетах мира имеются кафедры, 
отделения или специализации по четвертичной геологии. Россия, как и в некоторых других аспектах, является здесь исключением. Несмотря на то, что 
объем четвертичных отложений и связанных с ними экономических интересов 
в России несравненно больше, чем в любой другой стране, подготовки специалистов в этой области в нашей стране официально не существует. Множество 
проблем и ошибочных решений связано с тем, что исследования четвертичных 
образований часто выполняются геологами других специальностей или даже 
мерзлотоведами. 
Тем не менее, карты четвертичных образований до сих пор являются обязательным компонентом в любом комплекте государственных геологических 

1.1. Предмет изучения

карт мелкого и среднего масштаба. К сожалению, в последние десятилетия их 
качество заметно упало ввиду недостатка подготовленных специалистов для 
их квалифицированного построения. Более или менее достойный уровень 
знаний о четвертичном периоде поддерживается в Центральной и Южной 
России, в основном это происходит благодаря деятельности геологов старшего 
поколения. Из-за отсутствия специалистов крайне слабо изучены огромные 
территории Восточной Сибири и Дальнего Востока. 
Довольно сложной выглядит ситуация на Русском Севере, где требуются 
большие трудовые ресурсы и финансовые затраты. В последнюю четверть 
века большой объем новых результатов в Русской Арктике и Субарктике был 
получен благодаря совместным работам с исследователями из Западной Европы, оснащенными новейшей лабораторной техникой, малодоступной отечественным ученым. 
В организации исследований новейшей геологической истории ситуация 
стала напоминать первую половину XIX века, когда мы вынуждены были приглашать специалистов с Запада. Тем не менее, основы четвертичной геологии 
современным естествоиспытателям и геологам-практикам надо знать хотя бы 
для того, чтобы использовать тексты и карты, созданные другими учеными. 
Четвертичная геология изучает события последнего отрезка истории 
Земли, которые привели к формированию специфического геологического 
объекта — чехла поверхностных отложений. Другие феномены того же отрезка 
времени, например развитие рельефа, биоты, вариации температуры и состава гидросферы, эволюция гоминид, история человеческих культур, являются предметами других дисциплин, таких как геоморфология, гляциология, 
палеоокеанология, палеонтология, палеоантропология и др. Результаты этих 
и других смежных наук, безусловно, вносят большой вклад в четвертичную 
геологию, которая, однако, призвана давать собственный фундаментальный 
результат — систематизированное по возрасту описание недавних геологических событий в разнообразных географических условиях. По отношению 
к нему другие естественно-научные дисциплины носят характер методов исследования. 
Из собственно геологических методов наибольшую роль в четвертичной 
геологии играют изучение условий залегания поверхностных минеральных масс 
(структурная геология), седиментология, фациальный анализ и лежащая в их 
основе динамическая геология — анализ современных физико-геологических 
процессов, в первую очередь осуществляемых поверхностными водами, льдом, 
ветром, крупными гравитационными смещениями минеральных масс. Именно 
от данных динамической геологии больше всего зависят историко-геологические выводы, получаемые при изучении покрова четвертичных отложений. 
Постепенное обособление четвертичной геологии от остальных историко-геологических дисциплин в течение последнего столетия произошло естественным путем из-за своеобразия используемых методов исследования и по

Глава 1. Общее понятие о четвертичной геологии 
14

лучаемых результатов. Дело в том, что в четвертичной геологии применяются 
не только обычные геологические методы изучения состава, взаимного расположения пород, их физико-химических и палеонтологических характеристик, 
но и гораздо более тонкие и точные способы реконструкции обстановок осадконакопления и их датирования, не применимые к более древним породам. 
В первую очередь это геокриологические, педологические, археологические, 
изотопные, микропалеонтологические, молекулярно-биологические и другие 
методы детальной расшифровки недавней геологической истории. Получающиеся при этом результаты нередко дают представление о последовательности 
природных изменений длительностью в тысячи и даже сотни лет, то есть с точностью, не доступной для дочетвертичной геологии и приближающейся к детальности исследования человеческой истории. 
Как у любой науки, у четвертичной геологии есть предмет и объект. 
Объект — это все материальные тела, то есть горные породы и органические 
остатки, образовавшиеся на последнем этапе геологической истории. Главной 
задачей изучения этого объекта является расчленение четвертичного покрова 
по возрасту и способам его образования и на этой основе — реконструкция 
географичеcких условий, геологических процессов и минерагении недавнего 
прошлого. Предмет — это сумма наличных знаний о строении и происхождении объекта, то есть о структуре четвертичных образований, истории четвертичного периода и способах их изучения. Все четвертичные породы с их 
органическими остатками формируют последнюю геологическую систему, которая морскими геологами иногда объединяется с неогеном, поскольку в морских разрезах, в отличие от сухопутных, резкая граница между четвертичным 
и дочетвертичным органическими мирами часто слабо заметна. 
Четвертичный период (и система) делятся на две неравные части: плейстоцен и голоцен. К голоцену относится отрезок геологической истории от 
конца последнего оледенения до настоящего времени. По астрономической 
шкале, или, как еще выражаются, в «календарных годах» это примерно 11,7 тыс. 
лет. Все остальное — это плейстоцен.
Голоцен выделяется и изучается отдельно, существует даже международный журнал The Holocene, где публикуются статьи только по последнему 
отрезку геологической истории. Такое внимание голоцену уделяется в связи 
с бурным развитием в это время человеческой цивилизации, с миграциями 
народов и т. д. В этом случае история природы сливается с обычной гуманитарной историей, недавними экологическими катастрофами и т. п. Природа 
в голоцене менялась не очень значительно, а для изучения отрезков голоцена 
длиной в сотни лет геологические методы обычно недостаточно точны. Вот 
почему геологи (в отличие от археологов и биологов) голоценом занимаются 
меньше, а основные геологические достижения связаны с изучением плейстоцена, то есть древних четвертичных эпох, когда природа очень отличалась от 
современной.