Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по геокриологии - файл 1.doc


Лекции по геокриологии
скачать (929.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc930kb.17.11.2011 05:56скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Диакриогенные (парасинкриогенные) толщи, которые формируются при промерзании (сверху вниз и с боков) переувлажненных нелитифицированных пород (свежеотложенных осадков и илов).

Различные сочетания и комбинации эпикриогенных, синкриогенных и диакриогенных толщ пород в вертикальном разрезе образуют поликриогенные толщи, наиболее широко распространенные в криолитозоне.

По количеству циклов промерзания многолетнемерзлые породы делятся:

а) тип многолетнемерзлой породы, существующий непрерывно в многолетнемерзлом состоянии от начала своего промерзания до настоящего времени;

б) тип мерзлой толщи, которая от начала своего промерзания до настоящего времени, по крайней мере, дважды промерзали и один раз оттаивали или полностью, или сверху, или снизу.

По генезису многолетнемерзлые толщи подразделяются на:

а) эпигенетический тип мерзлых толщ, которые промерзли после накопления и эпигенеза пород;

б) сингенетический тип мерзлых толщ, при котором промерзание и накоплуние в геологическом смысле происходило одновременно. Сингенетические мерзлые породы по составу и возрасту относятся к рыхлым четвертичным отложениям;

в) полигенетический тип , мерзлые толщи, по характеру промерзания имеютщие двухъярусное, реже многоярусное строение.

По криогенному строению (криогенным текстурам пород) мерзлые толщи подразделяются на:

а) эпигенетический тип мерзлых толщ, имеющие унаследованные криогенные текстуры;

б) другой эпигенетический тип мерзлых пород, имеющие миграционно-сегрегационную или конжеляционную криогенные текстуры;

в) сингенетический тип мерзлой породы, обладающие криогенными текстурами, которые возникают в результате перераспределения влаги в сезонноталом слое при его промерзании;

г) и смешанный тип эпигенетических и сингенетических мерзлых толщ с большими скоплениями льда, в виде сингенетических и эпигенетических повторножильных льдов, инъекционных льдов, гидролакколитов, пещерных льдов и льдов захороненных снежников и ледников.

По мощности мерзлых толщ в зависимости от их состава при всех прочих условиях могут быть выделены 4 типа:

а) тип мерзлой толщи с предельной мощностью;

б) мерзлые толщи с повышенной мощностью;

в) мерзлые толщи средней мощности;

г) мерзлые толщи с пониженной мощностью.

По динамике мерзлых толщ следует выделять общепризнанные направления развития мерзлотного процесса: деградационное, стабильное и аградационное, отсюда могут быть выделены 4 типа мерзлых толщ:

а) тип деградирующий по всей мощности;

б) тип мерзлой толщи деградирующей в верхней части и аградирующей у нижней границы и наоборот;

в) аградирующий тип вверху и деградирующий внизу;

г) аградирующий по всей толще и т. д.

Глубина промерзания пород зависит от продолжительности холодного периода и интенсивности охлаждения.

По продолжительности охлаждения мерзлых пород можно выделить 3 типа:

а) тип кратковременного промерзании мерзлых пород, мощность которых измеряется сантиметрами.

б) тип сезонного промерзании, мощность слоя равна десяткам и сотням сантиметров;

с) тип многолетнего промерзания – мощность слоя измеряется десятками и сотнями метров.


^ ТАЛИКИ В ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ММП


Участки талых пород среди мерзлых называются таликами.

Межмерзлотные талики – талые и немерзлые слои, линзы «каналы», «карманы» и тела другой формы, ограниченные по верхней и нижней поверхности многолетнемерзлыми горными породами.

Внутримерзлотные талики – талые и немерзлые слои, линзы и тела другой формы, ограниченные со всех сторон многолетнемерзлыми породами.

Классификация таликов по условиям их существования

Важнейшие признаки, по которым подразделяются талики, являются общими для всей области многолетнемерзлых пород. Причинами существования и возникновения таликов могут быть особенности радиационно-теплового баланса на поверхности земли, тепловое воздействие водных покровов, теплопривнос в горные породы, осуществляемые подземными водами, окислительные реакции в горных породах, проходящие с выделением тепла, воздействие молодого вулканизма. Но в большинстве случаев существование таликов определяется воздействием группы причин, таким образом, типы таликов в классификационной схеме выделены по основным причинам их образования и подразделены на 7 типов.

Тип I. ^ Радиационно-тепловые талики, причиной возникновения и существования которых является радиационно-тепловой обмен на поверхности земли и в приповерхностном слое. Выделяют 3 подтипа:

а) радиационные талики

б) тепловые талики

в) дождевально-радиационные талики

Тип II. ^ Гидрогенные (подводно-тепловые) талики, формирующиеся в результате отепляющего воздействия водоемов и водотоков на температурный режим донных слоев горных пород. Температура здесь бывает положительной или отрицательной, не превышающей точку замерзания минерализованных вод. Выделяют 5 подтипов:

а) шельфовые или субмаринные талики,

б) подэстуариевые талики,

в) подозерные талики,

г) подрусловые талики,

д) прирусловые (пойменные) талики

Тип III. ^ Гидрогенные (водно-тепловые) талики, существующие в результате напорной восходящей фильтрации подземных вод глубокой (подмерзлотной или межмерзлотной) циркуляции по тектоническим нарушениям, пластам водопроницаемых пород пликативных структур или раскарстованным зонам.

Тип IV. ^ Гляциогенные талики, существующие под ледниками, температура которых у их ложа близка к 00С. Породы, слагающие ложе таких ледников, или их частей, находятся в талом состоянии. Обычно они обводнены. Воды таких таликов образуются при таянии льда за счет потока внутриземного тепла или (и) поступают с поверхности ледника по трещинам и промоинам в его теле. Необводненными остаются только породы массивнокристаллические, тектонически, ненарушенные.

Тип V. ^ Хемогенные талики, возникшие в результате выделения тепла при окислительных реакциях в толще горных пород. Известны талики, приуроченные к сульфидным месторождениям и к участкам возгорания углей как в естественном залегании, так и в отвалах.

Тип VI. Вулканогенные талики, существующие в районах активной вулканической деятельности под влиянием интенсивной теплоотдачи со стороны магматических очагов, выделения горячего газа, пара и вод. Этот тип таликов изучен очень слабо.

Тип VII. ^ Техногенные талики, возникшие в результате производственной деятельности человека. К ним относятся талики, образующиеся под зданиями с повышенным тепловыделением. Часть техногенных таликов по условиям своего возникновения и характерным особенностям укладывается в выделенные классификационные градации естественных таликов.

Остальные талики в 3 – 7 типах являются постоянно подводными.

^ По наличию, особенностям существования и движению подземных вод в таликах выделяют 5 классов:

Безводные

Застойные

Грунтово-фильтрационные

Инфильтрационные

Напорно-фильтрационные

^ По температурным особенностям подземные воды в таликах разделяются на 2 подкласса: термальные (температура выше 00) и

криогидрогалинные (температура ниже 00, но выше температуры их замерзания).

^ По отношению к толще многолетнемерзлых пород талики разделяются на два вида: сквозные и несквозные.

Талики, окруженные мерзлыми толщами только по боковым поверхностям, т.е. пронизывающие мерзлую толщу наскквозь, называются сквозными, а подстилаемые на некоторой глубине многолетнемерзлыми породами – несквозными.

^ По характеру водопроницаемости:

а) поровую и пластово-поровую,

б) порово-трещинно-карстово-пластовую,

в) трещинно-жильную,

г) трещинную,

д) трещинно-карстовую.

^ По положению в рельефе или приуроченности к определенным элементам рельефа:

а) водораздельные талики,

б) склоновые талики,

в) долинные талики.

^ По устойчивости:

а) неустойчивые талики,

б) устойчивые талики,

в) весьма устойчивые талики.

По направлению динамики их развития:

а) увеличивающиеся по размерам талики,

б) сокращающиеся по размерам талики,

в) находящиеся в квазистационарном состоянии.

^ По времени возникновения таликов: первичные, вторичные.

Зональные и региональные особенности распространения таликов.

Распространение различных категорий таликов в области многолетнемерзлых пород зависит от зональных и высотноопоясных особенностей теплообмена, а также от региональных условий, которые включают состав, генезис и свойства рыхлых четвертичных отложений, развитых с поверхности, рельеф, геолого-тектоническое строение, интенсивность новейших движений и т.д.

Талики радиационно-теплового типа занимают наибольшие пространства. Поэтому степень их развития по существу определяет распространение мерзлых толщ по площади. В условиях островного и прерывисто-островного распространения мерзлых толщ талые породы занимают обширные территории. Обычно они представляют собой таликовые площади, включающие талики радиационно-теплового, гидрогенного типов.

В горных и плоскогорных районах, особенно с континентальным климатом, широким распространением пользуются радиационные талики, приуроченные к склонам южной экспозиции.

В районах с морским климатом и благодаря зимнему ветровому перераспределению, где снег скапливается большой мощности, связаны тепловые талики. Вообще тепловые талики имеют очень широкое распространение в пределах всей южной части области мнголетнемерзлых пород. Однако условия их образования в регионах с различным климатом неодинакова.

Дождевально-радиационные талики, в формировании которых существенную роль играет отепляющее влияние летних атмосферных осадков, инфильтрующихся в хорошо проницаемые породы сезонномерзлого слоя (СМС), имеют широкое распространение в пределах I и II мерзлотно-температурных зон.

В I и южной части II зоны они обычно сквозные,

в северной части II зоны преимущественно несквозные.

В III зоне такие талики относятся только к несквозным, встречаются редко и занимают весьма небольшие площади.

Гидрогенные талики, они занимают меньшие площади и распространены в пределах всей области многолетнемерзлых пород. Они отличаются высокой устойчивостью и могут существовать даже в самых суровых условиях.

На южной периферии области многолетнемерзлых пород под всеми водотоками существуют сквозные талики вне зависимости от состава и свойств аллювиальных отложений, под малыми и средними водотоками развиты несквозные талики.

Образование, динамика и устойчивость таликов.

Образование и динамика таликов тесно связаны с историей и динамикой развития мерзлых толщ, новейшими движениями, оледенениями и другими геологическими событиями.

^ Радиационно-тепловые талики формируются и исчезают благодаря изменениям теплообмена на поверхности земли, связанным как с многолетней динамикой климата, так и с геологическими процессами, меняющими состав и свойства приповерхностных слоев горных пород. Существенное влияние на них оказывает деятельность человека.

При образовании таких таликов в результате повышения уровня теплообмена на поверхности земли они всегда проходят стадию несквозных.

В зависимости от причин, приводящих к их образованию, состава и мощности мерзлых толщ они могут превращаться в сквозные.

Обычно при потеплении климата в первую очередь возникают дождевально-радиационные талики, позже тепловые и радационные.

При понижении уровня теплообмена они исчезают в обратном порядке.

Почти все современные талики радиационно-тепопвого типа по отношению к слагающим их породам являются вторичными, т. е. эти породы в недавнем геологическом прошлом были в многолетнемерзлом состоянии.

По отношению к окружающим многолетнемерзлым породам они могут быть как первичными, так и вторичными.

^ Гидрогенные талики в аспектах своего генезиса и динамики могут рассматриваться только в связи с образованием, динамикой и исчезновением поверхностных водотоков и водоемов и историей мерзлотно-геологи-ческого развития территории.

Высокой устойчивостью отличаются талики под озерами и морем. Динамика последних связана с трангрессиями и регрессиями Полярного морского бассейна.

^ Под морем в восточном секторе Арктики талики с криогалинными водами образуются уже при глубинах воды от 1.8 – 2м и выше и имеют температуры до –1.00 и, возможно, ниже 00С.

Образование и динамика таликов под пресными водоемами связаны с их отепляющим воздействием.

^ Под озерами, существующими на одном месте длительный отрезок геологического времени талик имеет квазистационарные очертания и его конфигурация, сквозной или несквозной характер определяются его плановыми размерами, мощностью мерзлотных толщ, их температурным режимом и распределением температур донных отложений.

^ Под многими другими термокарстовыми озерами существуют несквозные талики различной мощности (от первых метров до 100-200м), возраст которых меняется от нескольких десятков до нескольких сот лет.

Все талики под термокарстовыми озерами являются вторичными,

Годрогенные подрусловые и гидрогенные напорно-фильтрационные талики могут быть как вторичными, так и первичными по отношению к мерзлым толщам. Большая часть таких таликов, видимо, существуя с начала времени формирования мерзлых толщ, меняет свое местоположение, формы и размеры. Конфигурация гидрогенных и гидрогенных напорно-фильтрационных таликов в условиях установившегося режима имеет вид воронки. Также может иметь форму трубы, что свидетельствует о недавнем их возникновении и неустановившемся термическом режиме.

При увеличении суровости температурного режима мерзлых толщ за счет среднепериодных и длиннопериодных изменений теплообмена на поверхности с амплитудами колебаний температур внесколько градусов размеры талика уменьшаются. Однако такое сокращение талика происходит чрезвычайно медленно и сопровождается концентрацией выходящего потока подземных вод. Поэтому оно не может привести при наличии непрерывного во времени потока вод к перемерзанию талика. Видимо, причиной исчезновения напорно-фильтрационных таликов является гл. образом прекращение движения подземных вод.


^ ПОДЗЕМНЫЕ ЛЬДЫ


Всякий лед, находящийся в земной коре, независимо от его происхождения или форм залегания, называют подземным льдом.

Подземный лед – лед любого генезиса, входящий в состав лито сферы и находящийся под поверхностью земли.

Основные массы льда сосредоточены на земной поверхности, лед, как в атмосфере и гидросфере, представляет собой наиболее распространенное из твердых веществ.

Лед (вода) – единственное вещество на Земле, которое одновременно находится в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном).





Значение льда в природе и для хозяйственной деятельности человека обусловлено не только его распространенностью, но и особым положением его в ряду минералов. Лед является твердой фазой вещества, играющего исключительную роль в химических и биохимических процессах, наличие которого в жидкой фазе составляет необходимое условие органической жизни.

Цементируя рыхлую в талом состоянии горную породу, лед коренным образом меняет ее механические, тепловые свойства и водопроницаемость. Образование некоторых видов подземного льда вызывает морозное пучение грунта, а таяние его – течение грунта, просадки, разрушительные термокарстовые процессы.

Промерзание влажных дисперсных пород независимо от их происхождения сопровождается, как известно, переходом части воды в лед и превращением трехкомпонентной системы в четырехкомпонентную (минеральный скелет, лед, вода, газы).

Процессы льдообразования в горных породах существенно меняют свои формы в зависимости от состава и строения исходного вещества, а также от условий его промерзания и температурного режима в мерзлом состоянии. Понятие «подземное льдообразование» закрепилось за совокупностью криогенных явлений по месту кристаллизации воды, поэтому оно более узкое, чем «подземные льды», включающие в себя и погребенные наземные льды.

Льдообразование в промерзающих грунтах (конституционное) может происходить либо без существенного перераспределения вещества (цементное), либо сопровождается перераспределением влаги в двух направлениях: а) безнапорная миграция к фронту промерзания (сегрегационное) и б) напорная миграция от фронта промерзания (инъекционное).

В мерзлых породах льдообразование проявляется в двух основных формах: а) жильное и повторно-жильное,

б) термокарстово-пещерное.

В первом случае льдообразование сопровождается выносом вещества в объеме, необходимом для ледяного новообразования, во втором - замещением одного вида льда другим. Все виды подземного льда связаны между собой сложными взаимопереходами.


^ КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДОВ


Существует множество классификаций льдов, выполненных по разным основаниям и преследующих различные цели. Все природные льды по условиям и источникам образования можно подразделить на три типа:

сублимационные,

конжеляционные и

осадочно-метаморфические.

^ Сублимационными называют льды, образованные за счет превращения пара в лед, минуя жидкую фазу. Типичными представителями льдов этой категории являются иней, изморозь. Он обычно прозрачный, содержит очень мало воздушных пузырьков и минеральных примесей.

^ Конжеляционный лед образуется за счет кристаллизации воды в объеме. Это один из самых рапространенных в природе льдов (ледяные покровы водоемов, водотоков, наледи и др.). Конжеляционный лед содержит большое количество воздушных пузырьков, объем которых может превысить объем растворенного в воде воздуха (29%).

^ Осадочно-метаморфические льды образуются путем уплотнения и частичной перекристаллизации снежного покрова выше снеговой границы. К их числу относятся все наземные ледниковые покровы, составляющие предмет исследования гляциологии.

По времени существования льды, как и мерзлые породы, могут быть кратковременными, сезонными и многолетними.

Данная классификация подземных льдов считается довольно слабой, так как она не отражает условий их залегания в земной коре и геологические условия их формирования.

Была предложена генитическая классификация подземных льдов, предложенная П.А.Шумским. Она подразделяет подземные льды на 3 большие группы: конституционные,

пещерно-жильные и

погребенные.

^ Конституционные льды, возникшие за счет замерзания содержащейся в грунте воды в период промерзания заключающих льды пород.

К пещерно-жильным отнесены льды, образовавшиеся в вечномерзлых породах путем разового или многократного заполнения различных полостей и пустот в вечной мерзлоте.

^ Погребенные льды, это наземные льды, которые в последующем оказались погребенными под новейшими отложениями и перешли в вечную мерзлоту.

Конституционные льды

Наиболее распространенными являются конституционные льды: цементные, сегрегационные и инъекционные.

Цементное льдообразование

Цементный лед по морфологии и степени заполнения порового пространства может быть различным. Принято выделять 4 вида цементного льда: контактный, пленочный, поровый и базальный.

Морфология цементного льда определяется в основном водонасыщенностью промерзающих грубодисперсных пород. При очень малой влажности образуется контактный ледяной цемент – лед содержится только на контактах обломков, а остальное поровое пространство остается пустым.

^ Пленочный цемент покрывает обломки в виде пленок, а поры остаются пустыми.

Поровый ледяной цемент образуется при промерзании водонасыщенных пород по схеме открытой системы, где все поровое пространство заполнено льдом и обломки соприкасаются между собой.

^ Базальный ледяной цемент образуется по схеме закрытой системы, что ведет к распучиванию и разъединению обломков друг от друга, где обломки как бы плавают во льду.

Сегрегационное льдообразование

Сегрегационное льдообразование и сегрегационные шлиры представляют собой морфологическое выражение миграции влаги к фронту промерзания с раздвиганием и разделением грунта растущими кристаллами и прожилками льда.

Таким образом, в основе сегрегационного льдообразования лежит процесс переноса связанной и свободной воды в направлении теплопотоков.

Основная суть сегрегационного льдообразования в процессе криогенного диагенеза заключается в следующем:

  1. перераспределение воды и раствора;

  2. переход части растворителя в твердую фазу в виде диагенетического минерала – льда;

  3. выделение из раствора помимо льда и других криофильных минералов;

  4. значительное обезвоживание и кристаллизационное уплотнение грунтовых прослоек, заключенных между шлирами льда;

  5. слипание и коагуляция коллоидов;

  6. повышение концентрации раствора незамерзшей воды и др.

^ При сингенетическом типе формирования мерзлой толщи криотекстуры, как известно, наследуются от подошвы сезонноталого слоя (СТС). Отсюда, первостепенное значение имеют основные законы промерзания СТС и формирования в нем сегрегационного льда. Возможность и интенсивность промерзания СТС снизу определяются температурой пород на подошве слоя сезонных колебаний. Для устойчивого образования сингенетического горизонта с сегрегационными льдами являются третья и последующие мерзлотно-температурные зоны, ограниченные геоизотермой на подошве слоя годовых колебаний –30.

Между криогенным строением СТС и температурой подстилающих многолетнемерзлых пород существует определенная связь, которая проявляется через механизмы одно- и двусторонней миграции влаги в СТС при различных температурах подстилающих пород.

По этим данным, при температуре мерзлых пород выше –0.50 шлировый горизонт в подошве СТС не возникает.

Он возникает в интервале температур от –0.50 до -5.00.

При температуре ниже –5.00 в подошве СТС образуется слой с атакситовой текстурой.

Таким образом, критерии сегрегационного льдообразования в СТС позволяют выделить определенные типы формирования сингенетического горизонта: полярный (ниже – 5.00);

умеренный (- 5.00 до - 0.50) и

южный (выше – 0.50).

Определенное воздействие на криогенное строение оказывают мощность СТС и темп осадконакопления. Чем континентальнее климат и больше мощность СТС, тем меньше будет выражена ритмичность в формировании сингенетического горизонта. Это происходит по двум причинам:

Во-первых, с увеличением мощности СТС разнопериодные колебания метеоэлементов оказывают меньшее воздействие на изменение глубины сезонного протаивания-промерзания, и

Во-вторых, с увеличением мощности СТС усиливается тенденция к его одностороннему (сверху) промерзанию.

В этих условиях обычно формируется сингенетический горизонт со слоистыми и неполнослоистыми криотекстурами с преимущественным развитием льда в виде цемента.

^ При эпигенетическом промерзании с сегрегационным льдообразованием могут подвергаться дисперсные породы любого возраста и любого происхождения. При всех вариантах формирования эпигенетических мерзлых пород их промерзание происходит сверху, боковое промерзание играет обычно второстепенную роль.

В верхних горизонтах эпигенетически промерзающих пород формируются хорошо выраженные горизонтальные шлиры, ориентированные обычно паралельно фронту промерзания. Они соединяются короткими наклонными и вертикальными шлирами, образуя в совокупности сетчатослоистую криотекстуру.

По мере продвижения фронта промерзания в глубину условия шлирового льдообразования постепенно меняются и становятся менее благоприятными: уменьшаются градиенты температур,

фронт промерзания становится менее четким,

возрастает давление вышележащих слоев и,

как следствие, уменьшается влажность пород.

Эти условия благоприятны для роста вертикально ориентированных шлиров льда, при которых образуются неполносетчатые и неполнослоистые криотекстуры.

Инъекционное льдообразование

В основе инъекционного льдообразования лежит единый процесс напорной миграции влаги, а необходимое условие для его развития – наличие в промерзающем массиве слоев и линз водоносных грубозернистых и грубообломочных пород. Природа гидравлического напора может быть различной, гидростатической или гидродинамической. Это разнообразие напорных вод и лежит в основе генетической дифференцации ледяных инъекций.

Сложность природы напорной миграции воды, криогенные и гидрогеологические неоднородности ее развития приводят к большому видовому разнообразию условий залегания, строения и морфологической выраженности инъекционных льдов. Отсюда, могут быть выделены следующие генетические виды и разновидности инъекционного льда, теснейшим образом связанные с гидрогеологической и криогенной обстановкой их развития: а) сезонные и многосезонные льды – напорная миграция грунтовых надмерзлотных вод;

б) собственно инъекционные льды многолетних бугров пучения (булгунняхи) – напорная миграция над- и межмерзлотных вод в промерзающих аласах;

в) повторно-инъекционные льды (пластовые залежи или массивные льды) – напорная миграция меж- подмерзлотных вод;

г) гидролакколиты – напорная миграция подмерзлотных вод.

^ Сезонные и многосезонные инъекционные льды относятся к кратковременным образованиям, они возникают за одну зиму и в первый же теплый сезон разрушаются или могут оставаться несколько сезонов. По условиям образования, особенностям состава и строения сезонные и многосезонные инъекционные льды мало, чем отличаются и их разделение служит лишь целям отражения их последующей судьбы – полное вытаивание в первое же лето или сохранение на протяжении нескольких лет.

Механизм образования обеих разновидностей льда близок: они возникают за счет перераспределения и последующего замерзания фильтрующихся вод сезонноталого слоя (СТС), имеющих обычно гидравлическую связь с наземными водами. Благодаря этому сезонные и многосезонные льды теснейшим образом связаны с наледями, и поэтому границы максимального распространения тех и других приблизительно совпадают.

Сезонные и многосезонные инъекционные льды локализуются обычно по берегам и в пойме малых водотоков с перемерзающими таликами. В этих условиях механический подпор на путях грунтовых вод возникает под влиянием топографически неравномерного промерзания СТС.

Формирование инъекционных льдов протекает в два этапа. Первый этап связан с возникновением подпора движения грунтовых вод и завершается образованием линзы напорных вод, ограниченной сверху промерзающей частью СТС и с соответствующим пучением поверхности. Процесс протекает в первой половине зимы в течение нескольких месяцев после начала промерзания СТС и поверхностных вод.

Во второй половине зимы за пределами линзы внедрившейся воды сезонный слой смыкается с многолетней мерзлотой или литологическим водоупором в СТС. С момента возникновения замкнутой системы наступает второй этап образования инъекционного льда. Давление в замкнутой системе теоретически до 2.5 тыс.атм. Максимальное пучение происходит в его центральной части благодаря более интенсивному промерзанию периферийных частей и отжатия части воды к центру. В зависимости от количества внедрившейся воды, зимних тепловых ресурсов (сумма морозоградусочасов с момента устойчивого перехода среднесуточной температуры через 00) и сопротивления кровли завершение процесса возможно в трех вариантах:

  1. Образование линзы льда с трещинами растяжения поперек и по подошве бугра пучения – мощность линзы воды и суммарная влажность перекрывающих пород меньше мощности слоя потенциального промерзания за зимний период.

  2. Образование ледяной линзы, подстилаемой в центральной наиболее выпуклой части, линзой воды под криогенно-гидростатическим напором, давления в которой возрастают с меньшей скоростью, чем время релаксации напряжений во льду в конце второго этапа – мощность линзы внедрившейся воды и суммарная влажность перекрывающих ее пород больше суммы морозоградусочасов, а деформация ледяной корки в пластической области опережает нарастание нагрузок в замкнутой системе.

  3. Взрыв линзы инъекционного льда в конце второго этапа с излеянием на поверхность напорных вод – мощность линзы внедрившейся воды и суммарная влажность перекрывающих ее пород значительно больше суммы морозоградусочасов, а сопротивление льдогрунтовой кровли к разрыву меньше скорости нарастания криогенного давления в замкнутой системе.

Мощность ледяной линзы определяется величиной зимних тепловых ресурсов и не превышает 1 – 1.5м при поперечнике до несколько десятков метров, но высота бугра пучения может быть и больше за счет сохранившейся под ледяной линзой незамершей воды. Глубина залегания инъекционного льда – первые десятки сантиметров от поверхности, а форма его – выпуклая или плоско-выпуклая линза.

Во всех случаях для инъекционного льда характерна паралельная кровле слоистая текстура.

Распространение сезонных и многосезонных инъекционных льдов связано с тектоногеоморфологической обстановкой, которая определяет в известной мере гидрологический режим и строение разреза СТС. Область максимального их распространения охватывает горно-складчатые сооружения Дальнего Востока, Южной Якутии и Восточной Сибири. В арктической и субарктической зоне преобладают многосезонные инъекционные льды, так как тепловых ресурсов летних месяцев здесь недостаточно для таяния 1 – 2-метрового слоя льда, находящегося на границе сезонной и многолетней мерзлоты и под защитой мохоторфяного слоя. В южных и более континентальных районах области многолетней мерзлоты чаще встречаются сезонные инъекционные льды.

В геоморфологическом отношении ледяные инъекции тяготеют к подножиям склонов, поймам малых рек и ручьям с частично или полностью перемерзающими подрусловыми таликами.

^ Собственно-инъекционные льды (ядра многолетних бугров пучения – булгунняхов) залегают значительно ниже слоя максимального сезонного протаивания, образуют крупные ледяные и льдогрунтовые тела, хорошо выраженные в морфоскульптуре. Растут они на протяжении многих десятков лет, а диапазон их последующего существования растягивается на сотни и тысячи лет, ограничиваясь рамками голоцена.

Инъекции булгунняхов имеют форму плоско-выпуклой линзы, кровля которой залегает на глубине от 2 – 3 до 8 – 10 м. Если сравнивать размеры ледяных и льдогрунтовых ядер с размерами бугров пучения, то толщина льдов может достигать от нескольких метров до 20 – 30 м при поперечнике от 2 – 3 десятков метров. На севере Аляски и востоке Гренландии известны гигантские бугры пучения высотой до 53м и поперечнике до 800м.

Геоморфологическая позиция бугров пучения этого вида хорошо известна: они развиваются чаще всего в днищах промерзающих аласов, на месте спущенных термокарстовых и старичных озер.

В литологическом отношении днища аласов с буграми пучения представляют собой двухслойный разрез: сверху тонкодисперсный горизонт (пойменные, озерные отложения), подстилаемый грубодисперсными породами русловой фации с высокими фильтрационными и коллекторскими показателями.

На равнинных пространствах преобладают несквозные талики, при промерзании которых и формируются чаще всего бугры пучения. Поскольку талики образуются при протаивании льдистых отложений, а поровые воды имеют гидравлическую связь с поверхностными водами, породы таликов находятся в состоянии, близком к полному водонасыщению.

Формирование инъекционного льда в таких характерных мерзлотно-литологических и гидрогеологических условиях развивается в несколько этапов.

Пусковым моментом процесса служит осушение или спуск термокарстового озера и образование аласа. Дно термокарстовых и старичных озер всегда имеет различные углубления. Поэтому после спуска озера в молодом аласе сохраняется одно или несколько остаточных озер поперечником до нескольких десятков метров, которые зимой обычно полностью или в части акватории перемерзают.

В первую же зиму после спуска озера начинается второй этап процесса, связанный с промерзанием тонкодисперсных аласных отложений за пределами остаточных озер. В зоне тундры и северной тайге, где глубина СТС не превышает 0.5 – 1.5м, мощность промерзшего за первый год слоя тонкодисперсного грунта за пределами остаточных озер может достигать 3 – 4м. При дальнейшем промерзании и вовлечении в этот процесс водоносных песков и более грубых разностей система вступает в третий этап своего развития. Промерзание водонасышенных грубозернистых пород сопровождается отжатием воды от фронта кристаллизации. Поскольку стоки воды за пределы рассматриваемой системы исключаются, в ней возникает все возрастающее гидродинамическое напряжение, численно равное сопротивлению оболочки системы к деформациям.

Деформации пучения в озере начинаются не по всему его дну, а в наиболее слабой части, обусловленной неравномерностями рельефа дна и неодинаковой мощностью покровных отложений. Пучение до определенной высоты будет обязано только внедрению воды в ослабленную зону, а затем, после выхода вершины бугра из-под уровня воды в озере, начнется устойчивое многолетнее замерзание внедрившихся вод с соответствующим приращением объема бугра и дополнительным гидростатическим давлением в системе.

Своебразно и неповторимо строение ледяного ядра бугра пучения. Лед обычно чистый, прозрачный и содержит только автогенные включения воздуха в объеме, соответствующем растворимости в воде при существующих в системе температурах и давлении.

В разрезе ядра инъекции воздушные включения располагаются неравномерно: они образуют сгущения в виде горизонтальных и слабонаклонных слоев, линз и клиньев толщиной до 0.5м. Структура льда – аллотриоморфнозернистая, с изометричными или неправильными зернами. В слоях чистого льда поперечник зерен достигает 10 – 20см, а в пузырчатых слоях лед равномернозернистый, с поперечником зерна 3 – 5см. Слои прозрачного крупнозернистого льда соответствуют условиям медленной кристаллизации воды от подошвы ледяного тела вниз с частичным вытеснением растворенного воздуха.

Возраст самого древнего из всех датированных к настоящему времени бугров пучения (пинго Ибюик высотой 48м, Северная Канада) составляет 12000  300 лет, который формировался на протяжении 900 – 1000 лет. Остальные бугры пучения на севере Канады (а их там около 1500) датированы не древнее 4 – 7 тыс. лет, имеют значительно меньшие абсолютные отметки и формировались на протяжении нескольких сотен лет.

Закономерности распространения собственно инъекционных льдов в рамках области с благоприятным температурным режимом для их роста корректируются геоморфологическими и криолитологическими условиями. Они распространены преимущественно в крупных речных долинах, межгорных впадинах и предгорных равнинах, за пределами поймы на террасовых уровнях, где благодаря низкому положению местного базиса эрозии поверхности находятся в неустойчивом теплофизическом состоянии и легко поддаются термокарстовым процессам с образованием достаточно глубоких подозерных таликов.

1   2   3



Скачать файл (929.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации