4. Описать классификацию криогенных текстур по условиям их формирования в промерзающих дисперсных породах по э.Д. Ершову (1979)

В её основе лежит анализ условий миграции влаги и льдообразования в промерзающих дисперсных породах.

Ершов рассматривал формирование криогенной текстуры как результат взаимодействия двух основных процессов:

1. Скорость промерзания (теплоотвода).

2. Интенсивность миграции влаги к фронту промерзания (влагопереноса).

В зависимости от соотношения этих процессов, выделено четыре основных генетических типа криогенных текстур.

Основные типы криогенных текстур по Э.Д. Ершову (1979)

1. Массивная (слитная) текстура

Высокая скорость промерзания при крайне слабой миграции влаги.

Порода промерзает практически на месте, без существенного переноса воды к фронту промерзания. Вся поровая влага и часть рыхлосвязанной влаги замерзают в месте своего нахождения.

Порода представляет собой относительно однородную массу, пронизанную мельчайшими кристаллами и линзами льда. Лёд не образует крупных видимых невооруженным глазом включений. Преобладает цементационное льдообразование.

Быстрое промерзание относительно сухих песчаных или крупнообломочных пород, промерзание сверху в условиях глубокого залегания грунтовых вод.

2. Слоистая текстура

Медленная скорость промерзания при активной миграции влаги.

Это классический случай сегрегационного льдообразования. Вода мигрирует к фронту промерзания, где образует прослои чистого льда (шлиры), чередующиеся с прослоями мерзлой породы. Чем медленнее промерзание, тем больше воды успевает подойти и тем толще ледяные шлиры.

Хорошо выраженные, субгоризонтальные или волнистые прослои льда толщиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, разделенные слоями минеральной породы. Текстура отчетливо слоистая.

Характерна для влажных и водонасыщенных глинистых грунтов (суглинки, глины) при медленном промерзании сверху вниз. Наиболее склонна к сильному пучению.

3. Сетчатая (ячеистая) текстура

Промежуточные условия между формированием массивной и слоистой текстур. Скорость промерзания и миграция влаги сбалансированы таким образом, что миграция происходит не только перпендикулярно фронту промерзания, но и латерально (вбок).

Льдообразование происходит как по цементационному, так и по сегрегационному типу. Лёд образует не сплошные слои, а как бы "окаймляет" отдельные блоки или ячейки породы, создавая сетчатый, клеточный рисунок.

В разрезе видна сетка из ледяных прожилок, окружающих изолированные участки породы с массивной или мелкопрослоистой текстурой. Ледяные элементы могут быть линзовидными, прожилковыми.

Формируется в супесчаных и легкосуглинистых породах при средних скоростях промерзания.

4. Базальная (ложная) текстура

Промерзание сверху вниз при наличии свободной гравитационной воды (верховодка, подпертые грунтовые воды).

Вода не успевает мигрировать через толщу породы, а замерзает непосредственно в подстилающем слое, когда до него доходит фронт промерзания. Происходит заливка порового пространства водой с последующим её замерзанием.

Крупная линза или слой льда, часто с включением обломков породы, расположенный в основании промерзающего слоя или на контакте с непроницаемым горизонтом. Текстура не является результатом сегрегации в строгом смысле, а скорее инъекции и замерзания свободной воды.

Промерзание сверху дренирующих песчаных или крупнообломочных отложений, подстилаемых водоупором (глиной), когда над ним образуется временный водоносный горизонт (напорный или безнапорный).

5. Ознакомиться с методами изучения криогенных текстур в полевых и лабораторных условиях

Полевые методы изучения криогенных текстур

Полевые методы направлены на первичное описание, документацию и отбор образцов для последующего лабораторного анализа.

1. Визуальное макроописание в естественных обнажениях и шурфах

Непосредственное наблюдение и описание криогенных текстур в разрезах мерзлых пород.

Фиксируются: форма и размеры полигонов, жил льда, наличие и характер прослоев песка, суглинка, органики в толще льда, распределение льда в пористой среде (базальный, поровый, шлировый, слоистый), признаки нарушений первичной слоистости, вызванные промерзанием-протаиванием.

2. Стратиграфическое описание и документация

Детальное описание разреза по слоям с указанием мощности, литологического состава, льдистости, типа криогенной текстуры для каждого горизонта.

3. Отбор монолитов мерзлых пород

Взятие ненарушенных образцов мерзлой породы с сохранением ее естественного сложения и влажности.

4. Геофизические методы

Неразрушающие методы, позволяющие изучать строение мерзлых толщ на большую глубину и площадь.

5. Температурный мониторинг

Установка термометрических скважин с датчиками температуры на разных глубинах.

Лабораторные методы позволяют провести детальный, анализ отобранных образцов, получить количественные данные об их составе и свойствах.

1. Криолитологический анализ (базовый)

Изучение состава, свойств и строения мерзлой породы после ее оттаивания.

Определяемые параметры – гран.состав, влажность и льдистость, солевой и химический состав, минералогический состав

2. Петрография мерзлых пород и льда (микроскопический)

Изучение шлифов и аншлифов мерзлой породы и льда под поляризационным микроскопом.

Определяется – формы и размеры кристаллов льда, распределения льда-цемента, включения минеральных и органических частиц во льду, текстуры и структуры, ориентация кристаллов

3. Электронная микроскопия

Позволяет изучать морфологию поверхности льда и минеральных частиц с очень высоким разрешением (до нанометров), а также проводить локальный химический анализ.

4. Рентгеноструктурный анализ (РСА) и Дифракция на монокристаллах

Определение кристаллической структуры льда (фазовый состав).

5. Изотопно-геохимические методы

Анализ изотопного состава (дейтерий/водород D/H, кислород-18/кислород-16 ¹⁸O/¹⁶O) и химического состава льда.

6. Физическое моделирование

Воссоздание процессов промерзания в лабораторных условиях.

Список использованной литературы

1. Практикум по мерзлотоведению: учебно-методическое пособие / Томский политехнический университет. — Томск, 2010. — 64 с.

2. Рекомендации по методике изучения подземных льдов и криогенного строения многолетнемерзлых грунтов/Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве госстроя СССР. – Москва, 1989. – 51 с.