Геологічні процеси і форми рельєфу кріолітозони

Землі

(за Т. Певе).

Зони мерзлоти: 1 – суцільної; 2 – острівної.

Основною складовою кріолітозони є підземний лід, який об’єднує всі види льоду в мерзлих породах незалежно від їх утворення, розмірів форми крижаних тіл і умов їх залягання. Згідно з класифікацією В. Кудрявцева та інших дослідників, весь лід, який формується в гірських породах, може бути підрозділений на чотири основні групи: 1) похований, який утворюється внаслідок захоронення сніжників та підземного льоду; 2) повторно-жильний, який утворює складні за механізмом формування тіла і є результатом багатократного утворення льоду в тріщинах, що періодично виникають в одному і тому ж місці; 3) ін’єкційний, який утворюється внаслідок замерзання підземних вод, котрі вкорінюються під тиском у товщу мерзлих дисперсних порід; 4) конституційний, який утворюється здебільшого при промерзанні вологих порід. Останній поділяється на лід-цемент, представлений дрібними кристаликами льоду, які заповнюють пори та тріщинки у вологих породах при їхньому замерзанні, і сегрегаційний (від лат. “ сегрегаре ” – відокремлювати), або міграційний лід, який утворюється при замерзанні води, що рухається до фронту промерзання порід. У результаті виникають льодові шліри (ниткоподібні включення), невеликі за розмірами гнізда та лінзоподібні проверстки.

Невід’ємною частиною кріолітозони є підземні води, поширення яких та режим контролюються характером розподілу багатолітньомерзлих порід і кліматичними особливостями регіону. Згідно з класифікацією М. Романовського підземні води кріолітової зони підрозділяються на: 1) надмерзлотні води сезонно-талого шару; 2) надмерзлотні води нескрізних таліків; 3) води скрізних таліків; 4) підмерзлотні води (рис. 5.42).

Рис. 5.42. Підземні води кріолітозони

(за М.М. Романовським).

А – надмерзлотні води сезонно-талого шару; Б – води наскрізного таліка; В – надмерзлотні води підозерного нескрізного таліка; Г – води прохідного нескрізного підруслового таліка; Д – внутрішньомерзлотні води; Є – міжмерзлотні води; Ж – підмерзлотні води безнапірні; З – підмерзлотні води напірні; І – підмерзлотні води, контактуючі, напірні.

1 – піщано-галечникові відклади;2 – щебінка і жорства; 3 – щебінка і жорства з супісковим заповнювачем; 4 – тріщинуваті сланці; 5 – нетріщинуваті сланці; 6 – зона розлому; 7 – межа багатолітньомерзлих порід; 8 – межа сезонно-талого шару; 9 – рівень підземних вод; 10 – напрямок руху підземних вод; 11 – бурові свердловини.

Надмерзлотні води сезонно-талого шару утворюються при відтаюванні верхньої частини порід в літньо-осінній час. Основним джерелом живлення таких вод є атмосферні опади. Їх рух відбувається завдяки нахилу поверхні землі, від піднятих ділянок до понижень. На горизонтальних поверхнях рух вод відсутній або відбувається дуже повільно. За складом це здебільшого прісні гідрокарбонатні води.

До надмерзлотних вод нескрізних таликів відносяться підозерні, підруслові та прируслові талі води, які існують завдяки віддачі водоймищами та потоками певної кількості тепла. Особливе значення при цьому відіграють підруслові талі води, живлення яких відбувається, головним чином, за рахунок інфільтрації атмосферних опадів і частково річкових вод, внаслідок чого вони є слабомінералізованими. Підруслові талі води рухаються вздовж долин рік і характеризуються цілорічним стоком. Окрім цього, з підрусловими таліками пов’язані місця розвантаження глибинних вод.

Прируслові заплавні таліки приурочені до прируслових мілин, кіс, заглиблень у заплавах та зазнають періодичного впливу теплих течій спричинених повенями. Вони характеризуються періодичним стоком, застійним режимом і сірководневим забрудненням.

Води наскрізних таліків діляться на дві групи:

– води інфільтраційних таліків, які характеризуються низхідним рухом і утворюються в результаті інфільтрації атмосферних опадів та інфлюації (просочування) поверхневих вод по зонах розривних тектонічних порушень або карстових каналах;

– води напірно-фільтраційних таліків, які характеризуються висхідним направленим рухом і живляться за рахунок розвантаження підмерзлотних і міжмерзлотних вод.

Підмерзлотні води розташовуються безпосередньо нижче підошви багатолітньомерзлих порід і називаються контактуючими. Вони приурочені до різних за складом та проникністю гірських порід і завжди перебувають під тиском, а при розкритті свердловинами фонтанують. Глибина їхнього залягання визначається потужністю багатолітньомерзлих порід, які одночасно є кріогенним водотривом. Серед них виділяються води з плюсовою та від’ємною температурами, що значно впливає також і на їх хімічний склад. Встановлено, що води з температурою вище 0°С здебільшого прісні та солонуваті, а від’ємна температура характерна для солоних вод і ропи. Останні ще називаються кріогалінними або кріопегами. Подекуди горизонти таких вод досягають значної потужності, нарощуючи знизу кріолітозону. Окрім контактуючих, серед підмерзлотних вод виділяються також і неконтактуючі, тобто такі, які відокремлені від підошви водоносного горизонту мерзлим шаром водонепроникних порід. Такі води здебільшого є напірними.

В південних районах кріолітозони, де багатолітні мерзлі породи утворюють острови, неконтактуючі підземні води відокремлені від підошви горизонту мерзлими водопроникними породами. Вони ненапірні, характеризуються вільним рівнем і зв’язані в єдину систему з таліками та мерзлими островами, які їх розділяють (див. рис. 5.42ж).

Міжмерзлотні та внутрішньомерзлотні води поширені у верствах та лінзоподібних тілах незамерзлих гірських порід, які обмежують багаторічні мерзлі породи, або залягають зверху і знизу (див. рис. 5.42є). Джерелом таких вод здебільшого є води глибинного стоку. Міжмерзлотні води характеризуються гідравлічним зв’язком з іншими водами кріолітозони. Внутрішньомерзлотні води обмежують багатолітньомерзлі породи з усіх боків і не зв’язані з іншими типами вод (див. рис. 5.42д). Слід також зазначити, що міжмерзлотні водоносні лінзи утворюються під обмілілими та осушеними озерами.

В зоні багатолітніх мерзлих порід, протягом їх існування спостерігається безперервна дія цілої низки геологічних процесів, які призводять з однієї сторони до виникнення характерних тільки для цієї зони форм рельєфу, а з іншої – спричиняють утворення своєрідних порід. Так, наприклад, формування повторно-жильного льоду, пов’язано з виникненням так званих морозобійних тріщин. Серед факторів, які сприяють утворенню повторно-жильного льоду провідна роль належить:

– багатократному виникненню морозобійних тріщин, які проникають у товщу багатолітньомерзлих порід глибше межі сезонного відтаювання;

– багатократне заповнення тріщин льодом;

– наявність достатньо пластичних або здатних до ущільнення гірських порід.

Виділяється два типи росту жил: 1) епігенетичний, коли жили утворюються у сформованих породах; 2) сингенетичні, коли формування жил відбувається одночасно з накопиченням осадків. Це може бути заплавний алювій, делювіальні та інші відклади. В першому випадку прожилки льоду утворюються при послідовних річних циклах, внаслідок щорічного розтріскування та заповнення тріщин новим льодом. При цьому ріст жил відбувається в ширину. В іншому випадку, тобто при сингенетичному рості, кожна нова жила льоду не досягає кінця попередньої і виклинюється, що призводить до росту жил у вертикальному напрямку, на величину рівну потужності осадка, який накопичився за рік.

При таненні крижаних жил утворюються клиноподібні порожнини, в яких відбувається накопичення уламкового матеріалу, що утворюється при руйнуванні гірських порід, які складають стінки тріщин, у результаті формуються так звані псевдоморфози по крижаних жилах.

У різних районах кріолітозони поширені горбоподібні форми рельєфу, утворення яких пов’язане з морозним зпучуванням. Вони виникають за рахунок збільшення об’єму ґрунтових вод при їх замерзанні. Найпоширенішими серед таких форм рельєфу є міграційні горби, які формуються під впливом переміщення до фронту промерзання великих об’ємів води, джерелом якої є води талої частини ґрунту, що залягає нижче. Формування таких міграційних горбів супроводжується інтенсивним сегрегаційним утворенням льоду (рис. 5.43). Здебільшого це відбувається на торфовищах, до яких при промерзанні волога поступає з порід пересичених водою.

Рис. 5.43.Схема утворення міграційного горба під торфовищем (за О.Ф. Якушовою, В.Ю. Хайном і В.І.Славіним). I – початкова стадія; II – зріла стадія: 1 – торф; 2 – суглинок; 3 – сигрегаційний лід; 4 – межа багатолітньомерзлої породи; 5 – напрямок руху міграційної вологи.

Окрім міграційних горбів серед форм морозного зпучування широким розвитком користуються також ін’єкційні горби, які утворюються в умовах закритих систем. Серед них розрізняють горби, які виникають в результаті промерзання підземних таліків і називаються булгуняхи (рис. 5.44), а також гідролаколіти. Формування гідролаколітів пов’язане з проникненням тріщинно-жильних вод різного типу, що спричиняє утворення на деякій глибині від поверхні кри -

жаного ядра, яке піднімаєпокрівлю. Це здебільшого багатолітні споруди заввишки до 10 і більше метрів при ширині декілька десятків метрів.

В кріолітозоні широким розвитком також користуються дрібнополігональні форми рельєфу, пов’язані з розтріскуванням ґрунтів на дрібні полігони, внаслідок нерівномірного промерзання сезонно-талого шару. Серед таких форм найпоширенішими є так звані плями-медальйони в дисперсних ґрунтах. При промерзанні зверху та по тріщинах всередині полігона виникає гідростатичний тиск, під впливом якого відбувається прорив верхньої мерзлої кірки і розтікання по поверхні звільнених вод. Другим типом полігонально-структурних форм є “кам’яні вінки” та багатокутники. Вони утворюються в неоднорідних за складом пухких породах, які містять включення щебінки, гальок та валунів. У результаті багатократного промерзання і відтаювання відбувається “виморожування” з породи грубоуламкового матеріалу на поверхню та переміщення в напрямку понижених тріщинних зон, що призводить до утворення «кам’яних вінків».

Рис. 5.44. Схема утворення булгуняхів.

1 – вода; 2 – талі породи; 3 – мерзла товща; 4 – крига; 5 – витиснені на гору породи які складають булгунях.

Велике значення в районах розвитку багатолітньої мерзлоти мають процеси, які відбуваються на схилах позитивних форм рельєфу – горбах, валах, схилах долин балок та ярів, тощо. Найпоширенішими серед них є процеси соліфлюкції та курумоутворення.

Під соліфлюкцією (лат. “солюм” – грунт і “флюксус” – текти) слід розуміти повільний рух по схилу надмірно зволожених порід і ґрунтів. При сезонному відтаюванні насичених льодом порід і ґрунтів сезонно-талого шару, вони за рахунок талих та дощових вод перезволожуються, втрачають структурні зв’язки і набувають в’язко-пластичного стану, що дозволяє їм повільно пересуватися (текти) по схилах. Таким чином утворюються різноманітні натічні форми у вигляді язиків, або соліфлюкційних терас (рис. 5.45).

Куруми являють собою кам’янисті рухливі розсипи в горах або на плоскогір’ях, там де скельні породи залягають близько до поверхні. Утворення уламкового матеріалу курумів пов’язане з морозним вивітрюванням, спричиненим періодичним сезонним промерзанням та відтаюванням гірських порід. Подекуди вони утворюють суцільні кам’янисті поля площею від перших сотень квадратних метрів до декількох десятків квадратних кілометрів. Проте, здебільшого, вони зустрічаються у вигляді курумних потоків, що рухаються по схилах, а також по улоговинах, балках та ярах, котрими розчленовані самі схили. Такі потокоподібні куруми простягаються на відстань до одного і більше кілометрів. Їх рух по схилах спричинений наявністю гольцевого льоду, який утворюється при замерзанні води, що проникла в порожнини. Разом з тим, у підніжжі курумів може знаходитися тонкий супіщано-суглинистий матеріал, який періодично при таненні гольцевого льоду перезволожується і також рухається вниз по схилу.

Рис. 5.45. Соліфлюкційні тераси

(за С.Г. Бочу)

Серед процесів, які відбуваються в кріолітозоні значне місце належить термокарсту, або термічному карсту. Це процес танення підземного льоду, який супроводжується просіданням земної поверхні, що призводить до виникнення западин та термокарстових озер. Причиною розвитку термокарсту може бути зміна кліматичних умов (потепління), або порушення природних умов внаслідок техногенної дії людини (риття каналів, вирубування лісу, тощо). Форми термокарстового рельєфу бувають самими різноманітними і залежать від того, який підземний лід підлягав відтаюванню. Так, наприклад, термокарстування потужного повторно-жильного льоду призводить до виникнення глибоких термокарстових озер. При міграції або осушенні таких озер на їх місці утворюються так звані аласні улоговини, розділені пагорбами останців порід, які містили жили льоду. Такі залишкові горби називаються байджерахами.

Окрім зазначеного вище, при відступі мерзлоти, або її деградації на берегах морів спостерігається термоабразія, а води поверхневого стоку, рухаючись, спричиняють термоерозію.

Вивчення кріолітозони та процесів, які відбуваються в її межах, має велике практичне значення. Насамперед, це стосується похованих під товщею багатолітньомерзлих порід цілої низки родовищ корисних копалин, таких як кам’яне вугілля, залізо, кольорові та рідкісні метали і особливо нафта та газ. При освоєнні просторів північної частини Євразійського і Американського континентів, будівництві різноманітних промислових та гідротехнічних споруд, залізничних та шосейних доріг необхідно враховувати своєрідні природні обставини, обумовлені наявністю багатолітньомерзлих гірських порід. Процеси зпучування ґрунтів при промерзанні, що супроводжуються виникненням пагорбів різних розмірів, наземне та підземне наростання льоду, термокарстові та інші явища вимагають ретельного вивчення при проектування різних споруд. Не врахування всіх можливих теплових та механічних взаємодій мерзлих порід з спорудами, які будуються на них, може викликати різного роду деформації останніх, які іноді носять катастрофічний характер.

При пошуках та експлуатації родовищ корисних копалин з використанням гірничих виробок (шахт, глибоких шурфів, тощо) багатолітньомерзлі гірські породи можуть мати як позитивне, так і негативне значення. Позитивним є те, що проходка шахт можлива без застосування кріплення. У випадку розкриття прошарків талих ґрунтових вод, вони замерзають, що дозволяє вести проходку як у звичайних ґрунтах. До негативних явищ відноситься можливість виникнення зсувів і просідання брил та окремих блоків мерзлих порід, завдяки наявності в них включень льоду і його пластичності.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 81; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!