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, которыепод­стилаются 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.

В типичном выражении толщи эпикриогенных тонкодисперсных отложений однородного состава, промерзавшие по типу «закрытой» системы с миграцией влаги вверх и сегрегационным льдовыделением, имеют следующее строение (рис. 9.1).

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 ледяныхжил, 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 полностьюотсутствуют, 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.