4. Формирование мощности многолетнемерзлых пород под влиянием колебаний климата. Аградация и деградация мерзлых толщ и их роль в формировании разрезов мерзлых толщ.

Периодические изменения теплообмена пород через поверх­ность земли определяют динамику температурного поля верхних слоев литосферы. При переходе температуры через 0°С начинается многолетнее промерзание горных пород. Колебания климата, раз­личные по амплитуде и длине периода, по-разному распростра­няются в верхних слоях литосферы. Известно, что суточные коле­бания температуры распространяются на несколько десятков сан­тиметров, годовые — до 15—25 м; 30—40-летние — на 40—70 м; 300-летние — на 100—150 м и т.д. Длина периода колебаний тем­пературы изменяется в широких пределах — от суток до тысяч и сотен тысяч лет. Поэтому глубина распространения тепловых волн в горных породах, а следовательно, и мощность зон с отрица­тельной температурой будут определяться длиной периода коле­баний.

Развитие мно­голетнемерзлых пород — это результат непрерывного сложного процесса наложения большого числа колебаний температуры на поверхность земли с различными периодами и амплитудами и их распространения в глубь горных пород, зависящего от всего ком­плекса геологических и географических факторов и условий.

Аградация – процесс наступания мерзлоты. Деградация – потепление, оттаивание, отступление к северу мерзлоты.

Пред­положим, что колебания с периодом вызывают де­градацию мерзлых толщ, а колебания с периодами и — соответственно аградацию и деградацию, причем влияние 40-летних колебаний сильнее, чем 300-летних. С учетом этого в первом слое в результате наложения колебаний темпера­туры с разными периодами и фазами (два деградационных влия­ния и одно аградационное) будет преобладать деградационная тенденция развития, приводящая к сокращению мощности мно­голетнемерзлых пород. Во втором слое колебания с не проявляются, а будут работать 40-летние (аградационные) и 300-летние (деградационные), которые в сумме приводят к преобла­данию процесса аградации, т.е. к увеличению мощности мерзлой толщи. В последний (третий) слой проникает только колебание с 300-летним периодом, которое и обеспечивает деградационную тенденцию в развитии мерзлой толщи с уменьшением ее мощ­ности. В итоге вместо условно линейного увеличения мощности многолетнемерзлых горных пород с юга на север, показанного на рис. 12.3 линией АВ, получается специфический характер кри­вой изменения мощности мерзлых толщ с юга на север, изобра­женный пунктирной линией. Из рисунка также следует, что в различных пунктах местности при движении с юга на север можно обнаружить чередование процессов деградации и аградации мерз­лоты.

5. Влияние рельефа, геологического строения, состава и влажности пород на мощность многолетнемерзлых толщ.

Влияние геологических факторов и процессов на мощность и температурный режим многолетнемерзлых толщ горных пород существенно корректируется тепловым балансом верхних слоев литосферы. Эта корректировка может осуществляться в результате как анизотропии условий теплопередачи в массивах пород, зави­сящих от особенностей их состава, свойств и сложения, так и перераспределения тепловых потоков вследствие возникновения дополнительных источников тепла, которыми могут быть актив­ные зоны разломов, парогидротермы, водоносные горизонты и зоны, участки с интенсивными химическими реакциями, проис­ходящими с выделением тепла (например, окисление углей, сульфидосодержащих руд и др.) В верхних слоях литосферы развива­ются также процессы (например, адиабатическое расширение поднимающихся к поверхности газов и др.). протекающие с по­глощением тепла. В результате новейших тектонических движений могут происходить существенные изменения условий многолет­него промерзания пород, такие как трансгрессии и регрессии морей, смещения акваторий крупных озер, изменение темпов и характера аккумуляции осадков, разрастание и сужение в про­странстве областей денудации. Действие этих факторов и процес­сов обычно проявляется в совокупности, по-разному влияя на формирование мощности и температурного режима толщ много­летнемерзлых пород.

Влияние литологических особенностей и влажности промерзающих пород. Состав и свойства пород влияют на формирование многолетнемерзлых пород через их влажность, определяющую затраты тепла на фазовые переходы влаги и теплофизические характе­ристики Увеличение влажности пород приводит к возрас­танию значений а следовательно, и к сокращению мощности многолетнемерзлых толщ.

Глубина многолетнего промерзания зависит от теплопровод­ности промерзающих пород. При рассмотрении сезонного про­мерзания указывалось, что глубина его прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности При формировании много­летнемерзлых толщ принимается также, что глубина промерзания

Геологическое строение района и прежде всего особенности залегания и состава промерзающих пород, их влажность и теп­лопроводность могут существенно сказаться на формировании мощности мерзлых толщ. Так, при наличии маломощного чехла рыхлых пород с пониженной теплопроводностью залегающих на хорошо теплопроводящих скальных породах максимальная за период развития мощность мерзлой толщи будет больше, чем в однородных рыхлых образованиях. И наоборот, если породы с высокими значениями теплопроводности (например, эффузивы) залегают на породах с низкой теплопроводностью (напри­мер, глины, суглинки), мощность литологически двухслойной мерзлой толщи будет меньше, чем в однородном разрезе пород с Кристаллические породы фундамента, имеющие большую теп­лопроводность по сравнению с рыхлыми толщами на одной и той же глубине от поверхности (например, на глубине 100—200 м), всегда имеют более высокую температуру, чем осадочные породы В связи с этим мощность мерзлых толщ (в платформенных услови­ях) в целом увеличивается с погружением фундамента.

Существенное влияние на мощность многолетнего промер­зания оказывает перераспределение глубинного теплового потока вследствие неоднородности структуры и мощности осадочного чехла. Над сводами антиклинальных структур наблюдаются повы­шенные значения теплового потока, а над синклинальными струк­турами — пониженные. Подобное распределение тепловых пото­ков объясняется тем, что в условиях складчатого залегания пород кроме основного вертикального восходящего теплового потока наблюдается дополнительный перенос тепла из прогибов к сво­дам антиклинальных структур. Дополнительный перенос тепла здесь связан с различиями в тепловом сопротивлении осадочных пород вдоль напластования и поперек него.

Влияние гидрогеологического фактора. Развитие толщ мерзлых пород всегда находится в динамическом тепловом взаимодействии с подземными водами. Влияние последних на глубину многолет­него промерзания по-разному проявляется в различных гидрогео­логических структурах. Это связано со спецификой условий пита­ния, режима и разгрузки водоносных горизонтов этих структур. В общем случае применительно к многолетнемерзлым толщам наибольшее влияние на температурный режим пород конвективное движение тепла оказывает в районах распо­ложения областей питания и разгрузки подземных вод, где значи­тельны вертикальные составляющие фильтрационных потоков, и наименьшее — в области транзитной фильтрации (подмерзлотного стока) на удалении от границ пластов. В большинстве случаев пресные подземные воды с положительной температурой при дви­жении создают положительные температурные аномалии и уве­личивают тепловой поток к нижней границе мерзлых толщ, одна­ко возможны и случаи охлаждающего воздействия подземных вод.

Влияние газовых залежей. Влияние газовых залежей на мощ­ность многолетнемерзлых пород проявляется чаще всего при эф­фектах адиабатического их расширения, которые могут приводить к понижению температуры пород до 5°С. Наиболее благоприятные условия для проявления этого процесса складываются в зонах по­вышенной трещиноватости пород, обеспечивающей проникнове­ние газа по трещинам.

В определенных условиях на мощность многолетнего промер­зания оказывает влияние эффект взаимодействия природных га­зов и подземных вод, заключающийся в образовании (или, наобо­рот, в разрушении) природных газогидратов. Поскольку при их образовании выделяется значительное количество тепла, а при разрушении такое же количество тепла поглощается, то такие теп­ловые эффекты могут приводить как к увеличению или уменьше­нию мощности мерзлых толщ, так и к соответствующим изменениям температурного режима пород, залегающих выше и ниже зон гидратообразования.