古水路

地球科学において、古河川（ paleeochannel ）は、活発な河川システムの一部としてもはや河川流量を運ばない、かなり長い河川または小川の水路のことである。古河川という用語は、 palaeoまたはoldとchannel という2 つの単語の組み合わせに由来しており、つまり、古河川は古い水路である。古河川は、河川の氾濫原や台地の表面にある放棄された表面水路として保存されている場合もあれば、より新しい堆積物によって埋め立てられ、部分的または完全に埋もれている場合もある。古河川の充填物およびそれを囲む堆積性堆積物は、堆積後の地質学的歴史におけるテクトニクスと続成作用の作用に応じて、未固結、半固結、または十分に固結した堆積性 地層で構成される場合がある。活発な河川の放棄とそれに伴う古河川の形成は、地殻変動、地形学的プロセス、人為的活動、気候変動、またはこれらの要因の変動と相互に関連した組み合わせの結果である可能性がある。^{[2] [3]}

活発な河川の分離は、古河道の形成につながる最も一般的な河川プロセスです。これは、既存の河道から流れが別の河道に流れ、隣接する氾濫原に新しい恒久的な流路を形成するプロセスです。分離には、流量のすべてが親河道から新しい河道に移される完全分離と、流量の一部のみが新しい河道に移される部分分離があります。完全分離の場合のみ古河道が形成されます。部分分離では、分割された活発な河道が下流で合流すると吻合河道が形成され、分割された活発な河道が下流で合流しない場合は分流河道が形成されます。^[4]

少なくとも 3 つの大きく異なるタイプの剥離、(a) 併合による剥離、(b) 切断による剥離、(c) 前進による剥離が認識されています。まず、併合による剥離は、既存の活動中の水路が占有されるか、既存の放棄された水路が再占有される剥離です。次に、切断による剥離は、剥離の直接的な結果として氾濫原表面が洗掘されて新しい水路が作られる剥離です。最後に、前進による剥離は、広範囲の堆積と複数の水路の分配ネットワークの形成をもたらす剥離です。これらのタイプの剥離のうち、切断による剥離のみが、河川の水路を完全に放棄し、古水路として保存する結果となります。^[4]

切開剥離を促進する正確な環境条件は未だ解明されていない。しかし、一般的には、a) 主水路と氾濫原の急速な堆積、b) 障害のない広い氾濫原と下流の排水、c) 頻繁に発生する大規模洪水によって促進されると考えられている。多くの氾濫原では、これらの条件と頻繁な剥離は、沖積隆起や川の水位と相関している。^[4]

特定の剥離を引き起こす可能性のある出来事や要因は、河川システムの外部または内部のいずれかであり、非常に多様です。剥離を引き起こす可能性のある河川システムの外部要因には、断層活動、海面上昇、洪水ピーク流量の増加などがあります。剥離を引き起こす可能性のある河川システムの内部要因には、堆積物の流入、動物の通り道に沿った崩落、氷の詰まり、植物の成長、丸太の詰まり、ビーバーダムによる閉塞などがあります。^[5]

古河道を認識して地図を作成するために、さまざまな技術が使用されてきた。最初は、航空写真、土壌図、地形図、考古学的調査や発掘、現地観察から得られた地表データが、地質学および工学ボーリングやコアから得られた地下データと統合され、古河道を認識して地図を作成していた。^{[6] [7]}古河道に関連する粗粒の河川堆積物が地下水源として、また地下水の好ましい輸送手段として重要であることが認識されるにつれて、その下にある地面や岩盤、地下水やそれらに含まれる他の流体の物理的特性を感知する地球物理学的技術がより重要になり、広く使用されるようになった。^{[8] [9]}たとえば、粗粒の堆積物は周囲の物質よりも電気抵抗が大きいため、空中電磁気調査を使用して古河道を特定することができる。^[10]また、ライダー、より洗練されたリモートセンシング技術、コンピュータモデリングを含むデータのデジタル分析が、古河川の検出と地図作成に使用されるさまざまな技術に追加されました。^[9]

古河川は、その形態からその形成源となった先史時代の河川の古水文学を再構築することができ、古河川を埋める堆積物や堆積岩には、年代測定可能な物質、化石、古環境プロキシが含まれることが多いため、地球科学にとって重要です。その形態と化石および古環境プロキシの分析から得られたデータは、地質学的および歴史的時間スケールでの地域古水文学、古気候、古環境の変化を研究するために使用できます。^[11]古河川の形態と分布は、地域内の断層、褶曲、隆起、沈下などの地殻変動の種類、先史時代、形状を再構築するためにも使用できます。^[12]

古河川は、先史時代の河川が活動していたときの形状、幅、湾曲度を保存していることが多い。これは先史時代の気候や水文学を再構築する上で重要である。なぜなら、現代の河川や小川から収集されたデータを使用して開発された経験式を使用して、古河川のおおよその過去の水文学的レジームとそれに関連する古気候を計算できるからである。このような経験式を使用すると、露頭で断面が露出している古河川の勾配、蛇行波長、湾曲度、流量を推定することもできる。^{[13] [14] [15]} 古河川を埋める堆積物や堆積岩には、年代測定可能な物質、微小化石や巨大化石、古環境プロキシが含まれることも多い。土着の脊椎動物の化石を含む細粒の古河川堆積物には、極めて好ましい状況下では、生息地特有の古動物相や関連する古環境を理解する上で重要な、摩耗していない完全な骨格が含まれていることがある。^{[16] [17]}細粒の古河川堆積物には、地質年代測定や、過去の降雨量、気温、気候、先史時代および歴史上の気候変動や地球温暖化など、古気候やその他の古環境条件の理解に使用できる木材、葉、花粉化石も頻繁に含まれる。^{[18] [19]} 最後に、河川や小川の理論的な平衡プロファイルは、断層、隆起、沈下などの地質学的プロセスを検出し、定量化するためのデータを提供する。活断層による古河道の変位の例としては、カリフォルニア州中央部のウォレス・クリークを横切るサンアンドレアス断層に沿った横方向の移動^{[20] [21]}や、ルイジアナ州デナム・スプリングス付近のアミット川の更新世の古河道と古氾濫原をバトンルージュ断層帯の断層が垂直にずらしている場所などが挙げられます^{[22] 。}

経済的に重要な鉱床は、古河川やそれに関連する河川堆積物に含まれている可能性があります。これらの堆積物の中で最も重要なのは、金[23]、[24]、スズ石（スズ鉱石）[25]、白金族鉱物[26]を含む堆積同時性古砂鉱床^です。 さらに、ウラン[ ²⁷ ]^や鉄[28]の続成作用および堆積後鉱石^が古河川^堆積物中に見つかっています。

亜炭や他の種類の石炭の層は、古チャネルの堆積物充填物の一部である場合もありますが、通常は経済的に採掘するには薄すぎて狭すぎます。また、実際には古谷に存在し、古チャネルと誤って分類されています。通常、古チャネルが形成されると、石炭の前駆物質である下層の泥炭が部分的または完全に除去されることがよくありました。したがって、存在する場合は、ウォッシュアウトまたは石炭ウォンツと呼ばれる石炭が薄いまたは欠落している領域と直接関連しています。ウォッシュアウトは、採掘可能な石炭の総トン数が大幅に減少し、採掘技術が中断されるため、石炭採掘にとって大きな問題です。また、古チャネルを構成する地層内の層理と節理は、通常、露天掘りの高壁の不安定化や石炭横坑の天盤の崩壊に関連する危険な状態を引き起こします。^{[29] [30] [31]}

粗粒（砂質）の古河川や古谷は、淡水が優先的に地下に流れる貯留層または導管として提案されてきた。これらが大陸棚の下の沖合まで伸びると、淡水を大陸棚の下の沖合に運ぶか、または塩水が陸上の帯水層に侵入する経路として機能する可能性がある。より小さな古河川や古谷は、通常泥や粘土質の堆積物で満たされており、地下水の移動を遅らせ、障壁として機能する難透水性層として機能する可能性がある。^[32]

古河川は、地下水や鉱物資源に関する出版された文献や研究では、しばしば古谷（または古谷）と混同されている。 ^{[33] [34]} 鉱物資源や地下水資源との関係を正しく理解するには、古河川の命名法は、実際の物理的特徴、起源、進化を反映したものでなければならない。^{[33] [34]}そのため、^{[33] [34] [35]}河川によって形成された非活動的な河川には古河川、古河川を埋める堆積物には古河川堆積物、古代の河川によって削られた谷には古谷を使用することが推奨されている。

この区別は重要である。第一に、谷や古谷のすべてが河川起源というわけではないからである。そのいくつかは氷河起源か地殻変動起源かもしれない。^[33]他の古谷は、濁流と土砂崩れによって切り開かれた海底峡谷である。^[36]第二に、河川古谷を埋める堆積物でさえ、必ずしも河川堆積物ではない。河川古谷は、河川、火山、氷河、風成、湖沼、河口、または海洋堆積物の組み合わせによって埋められ、埋まっていることが多い。^[33]最後に、大部分が河川堆積物で満たされている場合でも、古河道を埋める河道堆積物は、主に他の河川環境の堆積物からなる谷の充填物のごく一部に過ぎない。^[37]

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