- •1. Энергообмен на земной поверхности, роль структуры радиационно-теплового баланса в формировании температуры горных пород. Широтная зональность и высотная поясность геокриологических условий.
- •2. Влияние природных факторов и условий на температурный режим и глубину сезонного оттаивания пород.
- •3. Классификация типов сезонного оттаивания и промерзания пород в.А.Кудрявцева как основа изучения закономерностей пространственной и временной изменчивости глубины сезонного оттаивания пород.
- •4. Формирование мощности многолетнемерзлых пород под влиянием колебаний климата. Аградация и деградация мерзлых толщ и их роль в формировании разрезов мерзлых толщ.
- •5. Влияние рельефа, геологического строения, состава и влажности пород на мощность многолетнемерзлых толщ.
- •6. Талики, их генезис, классификация, закономерности распространения.
- •7. Подземные воды криолитозоны, их подразделение и характеристика. Проявления взаимодействия многолетнемерзлых толщ с подземными водами.
- •8. Подземные льды, их генезис и залегание в мерзлых толщах.
- •9. Миграция влаги в промерзающих дисперсных породах. Влияние состава, влажности и температуры на процессы миграции и текстурообразования. Классификация криогенных текстур.
- •10. Криогенное строение и льдистость сингенетических и эпигенетических мерзлых толщ.
- •11. Физические и механические свойства мерзлых пород и льда.
- •12. Криогенные процессы и явления, их систематизация.
- •13. Процесс морозобойного растрескивания мерзлых пород и его проявление в отложениях и рельефе.
- •14. Морозное пучение дисперсных пород в открытых и закрытых системах промерзания. Сезонные и многолетние бугры пучения.
- •15. Термокарст: условия возникновения и развития процесса. Формы проявления в рельефе и отложениях.
- •16. Геокриологическая съемка и картирование - основа изучения геокриологических закономерностей. Задачи геокриологической съемки.
- •17. Геокриологический прогноз и его роль при освоении территории криолитозоны. Виды, задачи и методы прогноза.
- •1. Методы моделирования
- •18. Способы управления температурным режимом, процессами промерзания и оттаивания пород. Принципы строительства на многолетнемерзлых породах.
10. Криогенное строение и льдистость сингенетических и эпигенетических мерзлых толщ.
Эпикриогенные мерзлые толщи формируются при промерзании (обычно сверху вниз) литифицированных пород, в которых комплекс диагенетических физико-химических процессов в основном уже завершился. По особенностям криогенного строения они разделяются на эпикриогенные коренные дочетвертичные породы (с жесткими связями, монолитные и др.) и эпикриогенные неоген-четвертичные породы рыхлого чехла.
Синкриогенные породы формируются при одновременности (синхронности в геологическом смысле) процессов осадконакопления и промерзания. Поэтому мерзлыми породами данного типа могут быть только рыхлые толщи четвертичных отложений. Их накопление и промерзание происходит снизу вверх. Для начала развития процесса сингенетического промерзания необходимо, чтобы в основании накапливающихся серий уже залегали мерзлые толщи, промерзшие эпигенетически.
В эпикриогенных коренных породах установлена наибольшая глубина залегания подошвы толщ с отрицательными температурами, достигающая 1000—1500 м и более. По условиям формирования криогенного строения в них выделяются сверху вниз две или три зоны. Приповерхностная зона сильно трещиноватых пород — зона достаточно активно проявляющегося криогенного выветривания, по глубине соответствующая слою годовых колебаний отрицательной температуры, где происходят слабо выраженные фазовые переходы воды, обусловливающие расширение и сокращение объема льда в трещинах. Ниже могут располагаться промерзшие породы древней коры выветривания, которые подстилаются малольдистыми, часто морозными породами, зона распространения которых по вертикали достигает сотен метров. Наконец, в основании эпикриогенных многолетнемерзлых толщ, развитых в трещиноватых коренных породах, могут залегать толщи с солеными отрицательнотемпературными водами — криопэгами.
Криогенное строение толщ эпигенетически промерзших рыхлых отложений в значительной степени определяется их литогенетическим типом, влажностью пород перед промерзанием, наличием или отсутствием водоносных горизонтов, степенью литификации пород и ландшафтно-климатической обстановкой, изменяющейся в соответствии с развитием природной среды в кайнозое. Эпигенетически промерзают мощные толщи бассейновых отложений: морских, ледово-морских, лагунных и озерных, характеризующихся преимущественно тонкодисперсным составом (глины, суглинки, супеси).
Наиболее типичное криогенное строение имеют толщи бассейновых отложений. Они могут промерзать по типу «закрытой» или «открытой» системы в зависимости от наличия или отсутствия водоносных горизонтов, обеспечивающих подток влаги при промерзании извне.
Отложения грубодисперсного состава — пески, галечники — в условиях «закрытой» системы промерзают с отжатием влаги от фронта промерзания («поршневой эффект»). Поэтому льдистость мерзлых толщ в целом невысокая (до 10—20%). К такому же эффекту приводит промерзание толщ грубодисперсных отложений по типу «открытой» системы, когда имеется подток напорных или безнапорных подземных вод.
Наиболее льдистым является горизонт до глубины 5—10, реже 15 м от поверхности. В целом он соответствует слою годовых колебаний температуры мерзлых толщ, в котором наблюдаются незначительные фазовые переходы незамерзшей воды в лед и наоборот.
Объемная льдистость здесь достигает 40—50 %, породы часто распучены. Криогенная текстура преимущественно тонкошлировая, часто-сетчатая и слоисто-сетчатая. С глубиной расстояние между ледяными шлирами увеличивается при одновременном увеличении их толщины. На глубине 20—30 м от поверхности общая льдистость мерзлых пород уменьшается примерно до 20—30%, здесь развиты преимущественно крупносетчатые и блоковые криогенные текстуры. На глубинах 30—40 м распространены в основном крупноблоковые неполнорешетчатые криотекстуры, а ниже (иногда до 100 м) встречаются лишь разрозненные ломаные шлиры, криогенная текстура преимущественно массивная. Объемная льдистость пород в рассматриваемом интервале уменьшается сверху вниз от 20 до 10%.
Эпигенетическое промерзание рыхлых тонкодисперсных отложений по типу «открытой» системы, когда в них имеются прослои водоносных песков и галечников, резко осложняет картину их криогенного строения (см рис. 9.1, 6, в). Над водоносными горизонтами формируются слои с повышенной льдистостью, отличающиеся тонкослоистой и слоисто-сетчатой криотекстурами. Нередко с избыточной влажностью связано формирование пластов и линз льда сегрегационного происхождения.
С эпикриогенными толщами связано формирование эпигенетических ледяных жил, расположенных в приповерхностной части. Протяженность их по вертикали обычно не превышает 3—5 м, хотя известны жилы мощностью 6—8 м, а теоретически возможны до 12—15 м. Ширина по верху обычно не более 1,5—2 м.
В самой верхней части эпикриогенных толщ под слоем сезонного оттаивания во многих случаях выделяется так называемый переходный слой повышенной льдистости мощностью 1—2 м. Степень льдонасыщенности слоя может достигать 70—80%, криотекстура в основном слоистая, часто поясковая. Образование слоя связывается с переходом в вечномерзлое состояние нижней части водонасыщенного сезонноталого слоя либо с миграцией влаги из него в верхнюю часть мерзлой толщи.
Среди синкриогенных толщ по характеру их криогенного строения выделяются «южный» и «северный» варианты.
В южном варианте для каждого ритма синкриогенного приращения характерны малые толщины промерзающего снизу, со стороны мерзлой толщи, льдистого слоя пород и перекрывающего обезвоженного слоя невысокой льдистости. В целом для таких синкриогенных толщ характерно равномерное по разрезу распределение тонких горизонтальных ледяных слоев. Это обусловлено тем, что поскольку температура мерзлых пород является достаточно высокой (не ниже —3°С), при осенне-зимнем промерзании преобладающими в слое сезонного оттаивания являются потоки холода сверху. В результате этого нижняя часть сезонноталого слоя иссушается, и в его основании возникают тонкие ледяные слои. При невысокой льдистости они полностью отсутствуют, и тогда формируется массивная криогенная текстура.
В северном варианте, когда промерзание снизу слоя сезонного оттаивания оказывается существенным, образуются толщи сингенетически промерзших пород, для которых характерны высокая льдистость по всему разрезу и наличие на фоне относительно тонкой слоистой или слоисто-сетчатой криотекстуры более крупных ледяных шлиров толщиной до нескольких сантиметров - поясков.
Синкриогенные толщи формируются также при накоплении делювиальных, солифлюкционных, эоловых отложений и их промерзании снизу. Склоновые тонкодисперсные синкриогенные отложения, формирующиеся в условиях преобладания накопления пород над их сносом (при неизменной мощности слоя сезонного оттаивания), представлены в основном оторфованными супесчано-суглинистыми отложениями с включением каменного материала и дернины. Для них характерна неясно выраженная слоистость, ориентированная в целом по уклону. Слои объединяются в пачки. Льдистость неравномерно распределена по разрезу каждой пачки.
В нижней и верхней частях пачки наблюдаются слоистые, сетчатые и блоковые или линзовидные криогенные текстуры. Средняя часть характеризуется чаще всего массивной криотекстурой с редкими шлирами льда. Для отложений характерны сингенетические ледяные жилы, протяженность которых соответствует мощности толщ, отличительной их чертой является изогнутость в соответствии с уклоном склона.