Географическое распространение и районирование многолетнемерзлых горных пород

Рис. 9.1. Карта распространения и мощности криолитозоны СССР (научный редактор Э.Д. Ершов, 1986)

В процессе обобщения данных о строении ММП в отдельные этапы исследований различными авторами составлялись специальные мелкомасштабные карты районирования. В настоящем учебнике приводится одна из последних обобщающих карт криолитозоны (рис. 9.1), составленная в 1986 г. коллективом кафедры геокриологии геологического факультета МГУ (под ред. Э. Д. Ершова). На этой карте выделяются две криолитозоны: 1) субаэральная (субконтинентальная), развитая на континенте, и 2) субмаринная, охватывающая шельфовые области, примыкающие к суше северных морей и Северного Ледовитого океана. Является наиболее распространенным субаэральный тип криолитозоны и охватывает север европейской части СССР, Западную и Среднюю Сибирь, Северо-Восток и Дальний Восток, Прибайкалье и Забайкалье, а также высокогорные районы. На приведенной карте за южную границу распространения ММП принята граница, где горные породы имеют нулевую температуру на подошве слоя годовых колебаний. Наибольшей неоднородностью и динамичностью отличается южная зона, в которой отсутствует сплошная мерзлота, представленная здесь в виде островов различных размеров, разделенных талыми породами.

Здесь самая южная часть представляет зону редкоостровного распространения ММП, занимающих от 5 до 30% площади выделенного участка. К северу за ней следует зона островного расположения, где острова ММП занимают уже от 40 до 60% выделенной площади. Далее она переходит в зону массивноостровного и прерывистого распространения ММП, занимающих до 70-80% площади с островами талых вод.

Таким образом, при движении с юга на север крупность массивов ММП увеличивается, одновременно возрастает и их мощность от 5-15 м в редкоостровной зоне до 100 м и более в массивно-островной и прерывистой. В этом же направлении происходят понижение среднегодовых колебаний температур и уменьшение межостровных таликов.

Севернее описанной островной зоны располагается зона сплошного распространения ММП, занимающая наибольшие площади и характеризующаяся увеличенной мощностью от 100-200 до 700-900 м, а местами до 1000-1500 м. По мере продвижения к северу постепенно снижается и температура среднегодовых колебаний, достигая -10, -15^oС на побережье моря Лаптевых и арктических островах. В зоне сплошной мерзлоты сквозные и несквозные талики наблюдаются только под крупными реками и водоемами. Как видно на схеме, на юге Западно-Сибирской низменности и на крайнем северо-востоке европейской части Союза выделяется реликтовая криолитозона на глубинах 100-200 м и мощностью 100-200 м и более.

ПОДЗЕМНЫЕ ЛЬДЫ КРИОЛИТОЗОНЫ

Подземными льдами называют все виды льда в мерзлых породах вне зависимости от их образования, размеров и условий залегания. С их формированием связаны многие геокриогенные процессы. По данным В.А. Кудрявцева, Н.Н. Романовского и других исследователей, льды, формирующиеся в горных породах, могут быть подразделены на четыре основные группы. 1. Погребенный лед, образующийся при захоронении снежников и подземных льдов. 2. Повторно-жильный лед, образующийся при неоднократном заполнении водой или снегом морозобойных трещин, захватывающих как деятельный слой, так и ММП. Глубина таких жил различна - от 0,5-1 до 30-40 м, а ширина в верхней части до 8-10 м и более. 3. Инъекционный лед, возникающий в результате замерзания подземной воды, внедряющейся под напором в толщу мерзлых дисперсных пород. 4. Конституционный лед, образующийся главным образом при промерзании влажных дисперсных пород. Он подразделяется на: лед-цемент - мелкие кристаллы льда, заполняющие поры и небольшие трещинки во влажных породах при их замерзании, и сегрегационный (лат. "сегрегаре"-отделять), или миграционный лед, образующийся при замерзании воды, мигрирующей к фронту промерзания. В результате образуются ледяные шлиры (нитевидные включения), небольшие гнезда, линзовидные прослойки.

В горных районах распространение ММП подчиняется вертикальной зональности и характеризуется увеличением мощности с высотой гор (от 100 до 1000 м и более). В субмаринной криолитозоне наибольшее распространение имеет островная и прерывистая мерзлота мощностью 0-100 м, в меньшей степени - сплошная мощностью 100-400 м.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КРИОЛИТОЗОНЫ

Рис. 9.2. Подземные воды зоны многолетней мерзлоты (по Н.Н. Романовскому)

Подземные воды в своем распространении тесно связаны с пространственным положением ММП, являющихся водоупором. Одна из первых классификаций подземных вод криолитозоны была предложена Н.И. Толстихиным. Последующие исследования внесли в указанную классификацию уточнения и дополнения. Схема различных категорий подземных вод по отношению к мерзлым породам, предложенная Н.Н. Романовским, изображена на рис. 9.2. В ней выделяются: 1) надмерзлотные воды сезонно-талого слоя, 2) надмерзлотные воды несквозных таликов, 3) воды сквозных таликов, 4) подмерзлотные воды.

Надмерзлотные воды сезонно-талого слоя образуются при оттаивании верхней части пород в летне-осеннее время. Основное питание их происходит за счет атмосферных осадков. Их движение происходит в соответствии с уклоном поверхности Земли с наиболее приподнятых и расчлененных участков к пониженным. На плоских поверхностях движение или очень замедлено, или совсем отсутствует. По составу это преимущественно пресные гидрокарбонатные воды.

К надмерзлотным водам несквозных таликов относятся подозерные, подрусловые и прирусловые пойменные несквозные талики, существующие благодаря отепляющему воздействию водоемов и водотоков. Особое значение имеют подрусловые талые воды, приуроченные к руслам рек и ручьев. Чем больше речной поток, тем шире и мощнее подрусловой талик. Питание этих вод происходит главным образом за счет инфильтрации атмосферных осадков и частично речных вод, вследствие чего они слабо минерализованы. Подрусловые талые воды движутся вдоль долины реки и имеют сток в течение года. Кроме того, в них местами происходит питание и разгрузка глубинных вод. Таким образом, с подрусловыми таликами связаны основные запасы грунтовых вод, что имеет важное значение для целей водоснабжения, особенно в северной части геокриологической зоны. Прирусловые пойменные талики приурочены к прирусловым отмелям, косам, нижним частям пойм, испытывающим временное отепляющее воздействие во время половодий. Поверхностный сток в них является периодическим.

Воды подозерных несквозных таликов характеризуются застойным режимом и в некоторых из них наблюдается сероводородное заражение.

Воды сквозных таликов. Среди них выделяются: 1) инфильтрационные талики, имеющие нисходящее движение и образующиеся в результате инфильтрации атмосферных осадков или инфлюации (втекания) поверхностных вод по зонам разрывных тектонических нарушений или карстовым каналам. Эти воды питают подземные воды глубокого стока (подмерзлотные и межмерзлотные); 2) напорно-фильтрационные талики, подземные воды которых обладают напором и характеризуются восходящим направлением движения. По таким таликам местами происходит разгрузка глубоких подмерзлотных и межмерзлотных вод.

Подмерзлотные воды, располагающиеся непосредственно ниже подошвы многолетнемерзлых пород, называются контактирующими. Они приурочены к различным по составу и проницаемости горным породам и всегда обладают напором. Местами вскрытые буровыми скважинами подмерзлотные воды фонтанируют (рис. 9.2). Глубина залегания их различна, что обусловлено мощностью ММП, которые являются криогенным водоупором. Температура их также неодинакова. Среди них выделяются воды с положительной и отрицательной температурами. По степени минерализации воды с положительной температурой (>0^o С) - пресные и солоноватые. С отрицательной температурой - воды соленые и рассолы. Такие высокоминерализованные воды называют криогалинными или криопэгами. Местами они достигают значительной мощности, как бы наращивая снизу криолитозону. Помимо контактирующих подмерзлотных вод выделяются неконтактирующие, т.е. отделенные от подошвы мерзлой толщи водонепроницаемыми породами. Такие воды в большинстве случаев обладают напором, что подтверждается данными скважин.

В южных районах криолитозоны (при островном расположении ММП) неконтактирующие подземные воды отделены от подошвы мерзлой зоны водопроницаемыми породами, имеют ненапорный свободный уровень и связаны в единую систему с таликами, разделяющими мерзлые острова (рис. 9.2, Ж).

Межмерзлотные и внутримерзлотные воды наблюдаются в слоях, линзах и других формах, ограниченных ММП или сверху и снизу (рис. 9.2, Е), или с бортов, в условиях поступления вод глубинного стока. Межмерзлотные воды обычно имеют гидравлическую связь с другими типами вод криолитозоны. Внутримерзлотные воды ограничены ММП со всех сторон и не связаны с другими типами вод (рис. 9.2, Д). Межмерзлотные водоносные линзы образуются под обмелевшими и осушенными озерами.