Особенности органо-минерального и химического состава мерзлых пород

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

Органо-минеральный и химический состав мерзлых пород и их дисперсность к настоящему времени изучены недостаточно. Наибольшее внимание уделялось исследованию в основном лишь льда (как минерала и как горной породы), слагающего крупные скопления и залежи. Однако при сезонном и много­летнем промерзании - протаивании происходит преобразование не только льда, но и минерального, химического и органиче­ского состава самого скелета породы.

Специфичными для области распространения мерзлых пород оказываются химические процессы, которые протекают в ха­рактерной для криолитозоны кисло-нейтральной и восстанови­тельной средах с повышенным содержанием углекислого газа, растворенной углекислоты и фульвокислот. Здесь широко раз­виты процессы коагуляции и пептизации, обусловливающие рас­пространенность коллоидных и пылеватых частиц. Пептизация – дробление горных пород (фракций) на более мелкую фракцию.

В минеральной части мерзлых пород обычно выделяют: пер­вичные нерастворимые в воде, вторичные нерастворимые в воде, вторичные растворимые в воде минералы, органические и орга-но-минеральные соединения. Основной особенностью состава мерзлых пород является появление нового породообразующего минерала — льда, строение которого определяется условиями сформирования мерзлой породы, ее генезисом. Лед может нахо­диться в порах и образовывать прослои, линзы и криогенные конгломераты или значительные его скопления — мономине­ральную породу в виде клиновидножильных, инъекционных и других видов подземного льда.

Первичные минералы и их агрегаты, образующиеся в ре­зультате физического выветривания изверженных и метаморфи­ческие пород в криолитозоне, существенно отличаются от мине­ралов вне этой зоны. Это проявляется прежде всего в повышен­ном содержании слабостойких к выветриванию минералов. Среди вторичных нерастворимых в воде минералов, формирующихся обычно в криолитозоне в результате разрушения и преоб­разования в основном слоистых и ленточных силикатов и поле­вых шпатов, преобладают монтмориллонит, гидрослюды, бейделлит.

Вторичные растворимые в воде минералы в мерзлых породах представлены соединениями гидрокарбоната кальция и магния, сернокислого кальция и натрия, а также хлористого натрия. Легкорастворимые соли (хлориды и сульфаты) находятся толь­ко в растворе, а труднорастворимые (карбонаты) - чаще всего в твердом состоянии.

Органическое вещество в криолитозоне может находиться в виде слаборазложившихся растительных и животных остатков и продуктов их разложения - гумуса. Мигрируя в почвах, про­дукты разложения образуют специфические для северных почв-горизонты. При этом для хорошо дренируемых почв в криоли­тозоне характерны процессы оподзоливания, тиальферризации и иллювиального гумусирования.

Большое распространение в тундровых районах криолитозоны имеют глеевые почвы, формирующиеся в слабодре­нируемых породах. Небольшая водопроницаемость глини­стых и суглинистых пород при близком залегании кровли многолетнемерзлых пород приводит к слабой дифференциации почвы на горизонте. Под торфянистой подстилкой следует глеевый горизонт, который постепенно переходит в породу. Иногда под торфянистой подстилкой выделяют несплошной грубогумусовый аккумулятивный горизонт. На границе с кровлей много­летнемерзлых пород часто отмечается повышенное содержание Ре и гумуса.

В криолитозоне широко распространены торфяные породы, образующиеся при отмирании и разложении болотной расти­тельности в условиях избыточного увлажнения, недостатка кислорода и низких температур.

Дисперсность органо-минерального скелета мерзлых пород, как и их минеральный состав, в криолитозоне имеет свои спе­цифические особенности. В горных районах интенсивно проте­кают процессы физического криогенного выветривания (крио-элювиирования), в результате которых происходит дробление скальных пород до размеров крупнообломочных, песчаных и пылеватых фракций. Отложения равнинных низменных терри­торий в отличие от горных практически не содержат крупно­обломочного материала. Однако в их мелкодисперсной фракции также преобладают пылеватые частицы. Для горных районов характерна слабая сортировка осадочного материала, а при пе­реходе из одного генетического типа в другой (из элювия в де­лювий и аллювий) он становится все более неоднородным. Ос­новной причиной такой индифференциации является интенсив­ная задержка и аккумуляция крупнообломочной фракции пород в верхних частях склонов при достаточно активном выносе тон-кодисперсн-ого материала в нижней части склонов. Другая важ­ная причина связана с преобладанием в осадочных породах про­цесса криогенного разрушения (физического выветривания), наиболее активно протекающего в увлажненных нижних частях склонов. Так, например элювий Приколымья представлен узким диапазоном фракций (10—30 мм) при отсутствии в верхней части разреза мелкозема и появлении в нижней части песка и крупной пыли .В делювии максимум также прихо­дится на фракции 10-30 мм, но уже появляется много тонких песчаных и пылеватых фракций. В аллювиальных отложениях максимум смещается на фракции 5-20 мм, значительно уве-личивается содержание песка и пыли, в мелкодисперсной фрак­ции преобладают пылеватые частицы и в целом возрастает не­однородность и несортированность пород, т. .е. происходит диф­ференциация осадочного материала. На равнинах, отложения которых не содержат крупнообломочного материала, эффект ухудшения неоднородности и несортированности прослеживает­ся слабо.

Интенсивное криогенное диспергирование обломочных по­род, обусловленное процессами циклического промерзания - оттаивания, при слабой дифференциации продуктов выветри­вания приводит к характерным для северных районов полиди­сперсности и гетеропористости. Дифференциальные кривые рас­пределения частиц (первичных и вторичных) по размеру для различных дисперсных пород носят обычно многомодальный ха­рактер, что отражает высокую полидисперность их минеральной части. Наиболее часто для тонкодисперсных пород наблю­даются моды в диапазоне коллоидной, глинистой, песчаной, мелко- и крупнопылеватой фракций. Полидисперсность харак­терна для песков, супесей, суглинков и глин, имеющих, как пра­вило, полиминеральный состав. Породы монодисперсные, ха­рактеризующиеся одной четко выраженной модой, встречаются среди тяжелых глин и песков и в большинстве случаев являют­ся мономинеральнымн.

Криогенное диспергнрование песчаных пород обусловливает формирование лёссовидных отложений, наиболее типичных для пород слоя сезонного оттаивания и промерзания. Гранулометрический состав лёссовидных отложений довольно однородный: фракция крупной пыли (0,05 - 0,01 мм) составляет 60 - 90%. Лёссовидные породы являются одними из наиболее распростра­ненных отложений равнин и обрамляющих предгорий.

Органо-минеральная часть мерзлых пород обычно сцементи­рована льдом, в результате чего образуются льдосодержащие глинистые и песчаные породы, галечники, льдобрекчии и льдоконгломераты. Поры, образуемые минеральным скелетов этих пород, оказываются полностью или частично заполнены льдом. Поэтому для мерзлых пород одновременно с пористостью важное значение имеют пустотность, а также степень заполне­ния их льдом и незамерзшей водой.

Большое влияние на формирование дисперсности пород в криолитозоне оказывает их генезис. Так, аллювиальным отло­жениям свойственны грубые фракции, а в высокогорных рай­онах они представлены в основном крупнообломочным материалом, сцементированным льдом. В криоэлювиальных обра­зованиях плоскогорий преобладающей становится щебнистая фракция, а содержание пылеватой и глинистой фракций может достигать 25%. На крутых склонах в связи с выносом тонких продуктов разрушения формируются грубообломочные породы без мелкодисперсного заполнителя, а на пологих склонах идет постоянное накопление мелкозема.

Для аллювиальных отложений криолитозоны характерна четко выраженная сортировка материала: в русле реки - об­ломочные и крупнозернистые отложения, на прирусловой отме­ли - более дисперсные, на пойме преобладают пылеватые и глинистые отложения.

Дисперсность морских и озерных отложений в криолитозо­не обусловлена особенностями их седиментогенеза. Основное значение в распределении крупнообломочного материала в по­родах морского генезиса имеют транспортировка его речным льдом и айсберговый разнос. Ореолы его рассеивания чрезвы­чайно велики. Поэтому глубоководные микрофракции донных морских осадков криолитозоны нередко включают гравий, галь­ку и валуны.

Озерные отложения представлены суглинками и глинами, насыщенными органическим веществом с характерной ленточ­ной слоистостью. В них встречаются прослои прибрежного пес­ка и грубообломочных включений, переносимые речным и озер­ным льдом.