Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Типизация многолетнезамерзлых дисперсных пород по их криогенному строению и льдистости для целей регионального инженерно-геологическог изучения и прогноза ( на примере аккумулятивных равнин Центральной Якутии)

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Типизация многолетнезамерзлых дисперсных пород по их криогенному строению и льдистости для целей регионального инженерно-геологическог изучения и прогноза ( на примере аккумулятивных равнин Центральной Якутии)"

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

На правах рукописи УДК 551.345.3 (-925.13)

КОНЧЕНКО Людмила Алексеевна

ТИПИЗАЦИИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ДИСПЕРСНЫХ ПОРОД ПО ИХ КРИОГЕННОМУ СТРОЕНИИ, И ЛЬДИСТОСТИ да ЦЕЛЕЙ РЕГИОНАЛЬНОГО ИШЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСИОГО ИЗУЧЕНИИ И ПРОГНОЗА (на примере аккумулятивных равнин Центральной Якутии)

Специальность 04.00.Q7. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

ч \

\

Москва - 1990

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательской институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО).

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических

наук Е.С.Мельников.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук Г.И.Дубиков,

кандидат географических наук Т.П.Кузнецова.

Ведушая организация: ПГО "Гидроспецгеология" Мингео

СССР.

Зашита диссертации состоится " ^ " 1990 г. в

10 ч. на заседании специализированного совета К.071.П.01 по присуждение ученой степени кандидата геолого-минералогических наук при Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии по адресу: 142452, Московская обл., Ногинский р-н, пос.Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСЕГИНГЕО.

Просим Вас принять участие в работе спецсовета или прислать в двух экземплярах заверенный печатью отзыв на автореферат по указанноцу адресу на имя ученого секретаря спецсовета.

Автореферат разослан " сг^шЛ^ЛШО г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд.геол.-мин.наук

И.Ы.Цыпина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

Актуальность теш. Освоение Центральноякутского региона, связанное с открытием и эксплуатацией здесь месторояухений газа, строительством газопроводов и дорог, а также с сельскохозяйственным использованием земель, требует всестороннего изучения . многолетнемерзлых пород (ММП),с заключенными в них текстуро- и залежеобраэушими подземными льдами. Кра№е неравномерное, поров мозаичное распределение льда в породах существенно затрудняет хозяйственную деятельность. Оптимальное размещение инженерных сооружений и сельскохозяйственных угодий возможно только при условии,' когда распределение подземных льдов известно. Для того чтобы его выявить, нужно установить условия формирования криогенного строения и особенности распределения льдистости многолетнемерзлых пород, разработать их типизацию по криогенному 2троению и льдистости для создания на этой основе типовой леген-зы инженерно-геологических карт. Подобного рода работы до настоящего времени были сосредоточены в основном в восточной части эегиона, на Лено-Амгинском междуречье, тогда.как его западная шсть, значительно отличающаяся от восточной, до сих пор остава-гаеь в инженерно-геологическом отношении мало изученной.

Цель работы - установить закономерности формирования крио-■енного строения и льдистости многолетнемерзлых дисперсных отло-;ений аккумулятивных равнин Центральной Якутии и на этой основе совершенствовать методы регионального инженерно-геологического зучения горных пород в криолитозоне.

Задачи исследований состоят в следующем.

1. Расчленить аккумулятивную тощу западной части равнин ентральной Якутии на геологические тела разного ранга на основе чета генетических, стратиграфических и литологических признаков.

2. Выявить закономерности изменения криогенного, строения и ьдистости обособленных геологических тел, на этой основе усталость критерии выделения и по ним выделить криолитологические те-I, отличающиеся криогенным строением и льдистостыз.

'3. Усовершенствовать методы определения различных видов >дистости выделенных криолитологических тел.

Исходные материалы и объект исследований. В работе проанализированы материалы опытных средне- и крупномасштабных инженерно-геологических съемок, выполненных ВСЕГИНГЕО при непосредственном участии автора в бассейнах средней Лены и нижнего Вилюя в 19Ь4-19Ш гг. Обобщены данные по геологическому и криогенному строению, льдистости дисперсных пород аккумулятивных равнин Центральной Якутии. Лично автором изучено и задокументировано около 3,5 тыс.пог.м керна инженерно-геологических скважин, значительная часть которого была сфотографирована; изучены обнажения ММП, отобраны пробы на минералогический, химический, гранулометрический, палинологический, радиоуглеродный анализы; определены различные виды льдистости (влажности) и плотность пород. Для выявления закономерностей распределения льда в породах, использовался мерзлотно-фациальный анализ и метод оптико-структурного машинного анализа фотоизображений мерзлых грунтов. Статистический анализ проводился на ЭВМ ЬС.

Научная новизна работы.

I. Получены новые данные об инженерно-геологических условиях аккумулятивных равнин Центральной Якутии:

а) установлено, что ведущая роль в строении толщи дисперсных отложений аккумулятивных равнин Центральной Якутии принадлежит полигенетическим покровным отложениям мощностью 10-50 м, перекрывающим, а нередко частично или полностью замещающим первоначальную аллювиальную толщу; значительная часть их представлена породами ледового комплекса: льдистыми супесчано-суглинистыми и песчаными породами с повторно-жильным льдом (ПМ),в разной степени переработанными эрозионными и термокарстовыми процессами;

б) определены критерии выделения и выделены геологические тела многолетнемерзлых отложений разного ранга: генетические типы и их комплексы, стратиграфо-генетические и >|ациальные комплексы, криолитологические фации, составлена схема их типизации;

в) выявлено, что в составе покровных отложений, в том числе и в составе ледового комплекса широко развиты пески, образовавшиеся за счет флювиального пероотложения песчаных толщ мелового возраста, выполняниих Вилюйскую синеклизу;

г) макрольдистость покровных отложений за счет ИЖЛ увеличивается 01 центра равнины к её периферии; в центральной, наиболее

пониженной части равнины, где имеются многочисленные озера, условия для повторно-жильного льдообразования били неблагоприятными в отличив от слабонаклонных поверхностей по периферии равнин;

д) установлено, что на межаласьях между подошвой сезоннота-лого слоя и льдистыми породами верхнеплейстоценового возраста залегает слой наложенно-синкриогенных отложений, образовавшихся, при оттаивании и повторном промерзании покровных отложений.

2. Разработана легенда средне- и крупномасштабных инженерно-геологических карт, типовая для Центральной Якутии, позволяющая наиболее полно отразить пространственную изменчивость криогенного строения и льдистоети мерзлых пород.

3. Предложена модификация оптико-структурного метода для определения льдистости за счет текстурообразующего льда в грунтах с мелкими и частыми ледяными шлирами.

4. Для сулесчано-суглинисгах отложений аккумулятивных равнин Центральной Якутии получены уравнения связи, позволящие по значениям суммарной влажности с учетом гранулометрических'характеристик и параметров криогенных текстур определять различные виды льдистости за счет текстурообразушего льда.

Предметом защита являются:

- схема типизации многолетнемерзлых дисперсных пород аккумулятивных равнин Центральной Якутии по их криогенному строению и льдистости;

закономерности и особенности распределения льда в верхнем горизонте многолетнемерзлых дисперсных пород аккумулятивных равнин Центральной Якутии;

- модификация оптико-структурного метода для определения льдистости за счет текстурообразугацего льда в грунтах с мелкими и частыми ледяньдт шлирами.

Практическая значимость и реализация работа.

Схема типизации многолетнемерзлых пород по их криогенному строению и льдистости и созданная на её основе типовая легенда средне- и крупномасштабных инженерно-геологических карт, разработанные автором для региона Центральной Якутии, позволяют при проведении инженерно-геокриологических съемок и изысканий более

- б -

полно отражать пространственную изменчивость криогенного строения и льдистости отложений.

Результата выполненных работ используются в практике опытно-производственных работ Комплексной гидрогеологической экспедиции ВСЕГИНГЕО, по проведенным исследованиям составлены отчета с комплектом инженерно-геологических карт, переданные ПГС "Якутскгеология" и "Ленанефтегазгеология".

Апробация работы. Основные результата работы докладывались на расширенном заседании Научного совета по криологии Земли (Москва, 1985), конференциях молодых ученых ВСЕГИНГЕО (1985, 1987), I Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса" (Надым, 1968), научно-практической конференции "Проблемы инженерно-геологических изысканий в криолитозоне" (Магадан, 1989).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей (три из них в соавторстве) и одна статья находится в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Она содержит 145 с. машинописного текста, 43 рис., 31 табл. и приложение; список использованной литературы содержит 138 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук Е.С.Мельникову, а также искреннюю признательность за советы и помошь в работе д-ругеогр. наук А.С.Викторову, канд. геол.-мин. наук Г.Ф.Гравису, канд. физ.-мат. наук И.Г.Козлову, канд. геол.-мин. наук А.И.Сташенко, д-ру геол.-мин. наук Ю.Л.Шуру, д-ру техн. наук К.А.Яновскому, Т.Г.Голубенко, Т.И.Гусевой, О.Е.Пономаревой, М.Е.Поповой^ В.И. Пыркину, Л.Н.Свиридовой, О.В.Спиридоновой.

СОДЕРМНИЕ РАБОТЫ

Глава I. ВЫДЕЛЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ТЕЛ.ПРИ РЕГИОНАЛЬНЫХ

ИШНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (СЪЕМКАХ) В КРИОЛИТОЗОНЕ

Одной из основных задач любых региональных инженерно-геологических исследований является установление закономерностей распространения горных пород, различающихся по своим инженерно-геологическим свойствам. Эта задача решается путем выявления и

оконтуривания геологических тел разного ранга на основе учета ге'оструктурных, генетических, стратиграфических, петрографических (литологических) признаков пород. Согласно классификациям геологических тел, применяемым в региональной инженерной геологии, выделяют формации и субформации, генетические типы, стра-тиграфо-генетические комплексы (макрофации), литолого-петрогра-Аяческие. (литолого-фациальные) комплексы, литологическир типы пород (фации). Но классификационным показателям и статистической однородности выделяют инженерно-геологические виды и разновидности или монопородные геологические тела разных уровней, или микрофации (И.В.Попов, Л.Д.Белый, Г.К.Бондарик).

Выявленные по геолого-генетическим признакам геологические тела дополнительно характеризуются по их криолитол'огическим осо^-бенностям (Б.И.Втюрин, А.В.Гаврилов, В.Т.Трофимов и др.). По этому же принципу составляются специализированные карта льдистости, где обычно главное внимание уделяется верхним, наиболее льдонасыш,енным горизонтам, до глубины 10-20 м (И.С.Лурье, В.Т. Трофимов, М.С.Иванов и др.). Предполагается, что выделение геологических тел разного ранга обеспечивает требуемую однородность их состава и свойств, в том числе и льдистости.

Опыт работ в Центральной Якутии показывает, что изменения льдистости и криогенного строения пород одними лишь геологическими границами описать трудно, особенно на картах крупного масштаба. Часто отложения, однородные по составу и условиям накопления, все же значительно различаются по криогенному строению и льдистости, так как условия промерзания разных частей литологи-чески однородных геологических тел были разными. В тех случаях, когда геологические границы оконтуривают геологические тела, разнородные по криогенному строению и льдистости, появляется необходимость провести дополнительные криолитологические границы и выделить особые - криолитологические тела, которые отличаются цруг от друга прежде всего по криогенному строения и льдистости. но могут быть одинаковыми по генезису, составу и другим признакам их органо-минёральной, составляющей.

Впервые подобный принцип был применен а.И.Поповым, разделившим ММП на два /типа' - эпигенетический и сингенетический. Е.М.Ка-тас'онов использовел это принцип для обособления фаций сингенети-.

_ а -

ческих ММП. Т.Н.Каплина по признакам, определяемым исключительно криолитогенезом, различает криогенные формации.

Автором криолитологический принцип подразделения мерзлых толщ был использован в съемочных работах для расчленения однородных по составу дисперсных толю в бассейне средней Лены (Гра-вис, Конченко, Пономарева, 1987). Следовало разделить мерзлые породы по двум показателям: криогенному строению и льдистости. Нормативные документы предусматривает определять при инженерно-геологическом изучении мерзлых пород разные виды льдистости: льдистоеть за счет залехеобразупоих льдов (макрольджтость) и льдистость за счет текстурообразуюиих льдов - цементационную и шлировую. Однако опыт работ показал, что типизация ММП по их криогенному строению и льдистости осложняется по двум причинам. Первая - сугцественная изменчивость криогенного строения и льдистости пород по плошади и в разрезе, обусловленная различиями в условиях накопления и промерзания отложений и разной степенью , их последующего геокриологического преобразования. Втоиая - отсутствие метода, позволяющего определить шлировую и цементационную льдистость в характерных для Центральной Якутии ММП.с мелкими и частыми ледяными шлирами.

Глава 2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ^ШСПЕРСЩЕ ПОРОДЫ АШЫУШШШ РАВНИН Щ&РАЛЬНШ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ М И ИХ КОМПЛЕКСЫ, СТРАТИГРАФО-ГЕНЕГИЧЬСКИЕ И ФАЦИАЛЬНЫЕ ШШЛЕКСЛ

Территория исследований занимает наиболее пониженную, центральную, по схеме Б.Н.Леонова (Плоскогорья .;., 1971) и наибольшую по плошади часть Центральнаякутской равнины. Ссная граница территории исследований совпадает с границей между Центрально-яхутской равниной и Лено-Алданским плато, уточненной Д.А.Тимофеевым и проходящей по правому берегу р.Лены (Плоскогорья ..., 1971).

В пределах изучаемой территории наиболее древними дисперсными отложениями верхней части разреза мерзлых толш являются пески мелового возраста. Значительная часть территории занята долинами рек Вилюя и Лены, в которых насчитывается соответственно б и Ь надпойменных террас. Аллювий сам« древних террас

рек Лены и аиягая датируется как плиоцен-эоплеРстоценовый (H.H. Алексеев), а самые молодые аллювиальные отложения, слагающие пойменные уровни, являются голоценовыми.

Как показали исследования БСЕГШГЕО, аллювиальные отложения разных террас перекрываются, а нередко частично или полностью замещаются покровными отложениями, накопление которых связано с активизацией флювиальных процессов в ледниковые эпохи плейстоцена. Главным агентом переноса и отложения дисперсного материала были многочисленные мелкие речки, стекающие на равнину со склонов плоскогорий. Покровные отложения сочленяются с песчаным перигляциальным аллювием I надпойменной террасы р.Вилюя и наземными дельтами его притоков, а в бассейне р.Лены - с 1У (Бестяхской) надпойменной террасой.

Разработанная классификационная схема многолетнемерзлых дисперсных отложений базируется на материалах многолетних работ ¿СЬГИНГЕО в Центральной Якутии и исходит из концепции о широком развитии здесь перигляциально-покровных отложений (Г.Ф.Гравис). Установлено, что ведутпая роль в формировании толши дисперсных отложений аккумулятивных равнин принадлежит водному генетическому ряду отложений, а также продуктам их последующей таберальной переработки.

Установлены критерии выделения и выделены для целей инженерно-геологического картографирования генетические типы отложений и их комплексы. Покровные отложения дифференцируются на ледовой, озерно-аллювиальный, аласно-ложбинный комплексы и аллювиальные отложенля малых рек. Перигляциальные отложения дифференцированы на террасово-дельтовый и тукулановый комплексы. Названные комплексы генетических типов отложений в свою очередь делятся на стратиграфо-генетические и фациальные комплексы и на отдельные фации.

Глава 3. ОТРШЕДЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЛЬДИСТОСТИ ЗА СЧЕТ ТЕКСТООБРАЗУШЕГО ЛЬДА В ГРУНТАХ С МЕЛКИМИ И ЧАСТЫМИ ЛЗДШШ ШЛИРАМИ

Выделенные на инженерно-геологических картах и разрезах геологические тела характеризуются различными показателями свойств, в том числе и значениями льдистости. Мерзлые породы Центрально-

якутской равнины в большинстве своем содержат мелкие и частые ледяные,шлиры (микро-,, тонко-, среднешлировые микро-, часто-слоистые или микро-, мелкосетчатае криогенные текстуры). Определить шлировую льдистость в таких отложениях путем визуальных измерений элементов криогенной текстуры в полевых условиях весьма затруднительно. В этих случаях эффективна фотодокументация керна, использование которой позволяет определить шлировую льдистость по площади фотоизображения, занятой видишм льдом.

Определение олировой льдистости грунтов изучаемого региона по материалам фотодокументации было .проведено с использованием метода оптико-структурного машинного анализа на комплексе "Протва-ПМ-П" (К.М.Богданов и др.). Исследовались негативные изображения мерзлых грунтов. В ходе сканирования на. микроскопе-фотометре были получены значения амплитуд яркости для 10 ООО точек в пределах каждого анализируемого поля. По значениям амплитуд яркости были обособлены две совокупности, соответствующие шировому льду и минеральным прослоям (агрегатам). Для максимальной дифференциации значений амплитуд яркости проводилось контрастирование фотоизображений.

Значение шлировОй льдистости приравнивается к доле плсоади, занятой ледяными шлирами, т.е. определение объемов заменяется измерением площадей. Вопрос о том, насколько правомерно использование этого способа к определению объема ледяных шлиров, ранее но обсуждался. С целью установления возможной ошибки, определения шлировой льдистости по доле площади, занятой ледяными шлирами, было проведено специальное исследование. Ллошдаь, занятая ледяными шлирами, определялась для каждого образца по нескольким сечениям. Оказалось, что абсолютная ошибка определения шлировой льдистости данным методом для грунтов с мелкими и частыми ледяными шлирами изменяется от 0 до 6 %.

Шлировая льдистость ( 1.£ , %) может быть вычислена по формуле [ : = ( У/^ - Мт ) р • исходя из известных суммарной 1 итз Л* О

влажности (■ i %)» плотности сухого грунта (^ , г/с К0) и

влажности минеральных прослоев %). и при инженерно-геологических исследованиях являются легко и наиболее массово определяемыми показателями, тогда как значения ^т в грун-

тах с мелкими и частыми ледяными шлирами определить весьма трудно, а иногда и невозможно.

Возникает вопрос, нельзя ли установить Wm косвенно, используя для этого связь её с другими показателями,легче определяемыми. Повод для постановки такой задачи дают исследования Т.Н.Жестковой, обнаружившей зависимость W'm от Wt0{ синкрио-генных пород. Для эпикриогенных пород такая связь не наблюдалась.

При исследованиях в Центральной Якутии наблюдалась связь Wm и W tot и для эпикриогенных пород. Одновременно было установлено, что содержание льда-цемента в одинаковых по составу грунтах различно, если различны параметры их криогенных текстур. Поэтому ставилась задача выделить грунты, однородные по этим параметрам. Доказывалась статистическая вероятность связи между значениями влажности минеральных прослоев (агрегатов) и суммарной влажностью грунта и для каядаой группы после обработки, большого фактического материала установлены эмпирические уравнения связи Wm и Wtot •

Был подготовлен массив данных, характеризующий супесчано-суглинистые покровные отложения Центральной Якутии по 1512 образцам. Для каждого образца определены значения Wt0t . ♦ U » вычислены Wm, измерены параметры криогенных текстур. Детально характеризовался гранулометрический состав отложений.

По программе " FACIER" для ЕС ЭВМ, составленной Е.М.Лобановым и О.В.Спиридоновой в КГГЭ ВСЕГИНГЮ, весь массив данных был разделен на две группы с учётом параметров криогенных текстур так, что для каждой из них искомая связь Wm. и Wtot была более тесной, чем для массива в целом. Группы выделены не только по абсолютным значениям каждого из элементов криогенной текстуры (толшины ледяных шлиров - К , мм и интервала между ними -{,, мм), но и с учетом их соотношения. Количественная характеристика элементов криогенных текстур для образцов, объединенных в первую группу, удовлетворяет условию: h + ' 4 5 им. Вторую группу составили образцы, содержащие ледяные шлиры большей мощности и реже расположенные: (г + £>5 мм, при этом К < 10 мм, i < 50 мы.

Для получения искошх уравнений регрессии использовалась программа " Otßor" для ЕС ЭВМ, составленная Т.А.Г^севой, Е.И. Ливвиц, В.И.Пырюиым в КГГЭ ВСЕГШГВО. Для первой группы грунтов

с микро- и тонкошлировыми криогенными текстурами ( К, + Ь ^ 5 мм) получено следующее уравнение:

\/\/т = 15,4 + 0,431л/ы>- 0,06\<\/к. , где - влажность на пределе текучести, все показатели измеряются в процентах.

Для грунтов, элементы криогенных текстур которых удовлетворяют условию К + £ > 5 мм, при этом К < 10 мм, V < 50 мм применимо уравнение:

Wm = -0,5 + 0,ЗШ^ + 0,53 Ы к .

Стандартная ошибка оценки искомых значений не превышает 10 %. Уравнения применимы при Зл/{,0£>30 %.

Из полученных уравнений следует, что для грунтов с мелкими и частыми ледяными шлирами значения влажности минеральных прослоев при одних и тех же значениях суммарной влажности выше, чем для грунтов, содержат их более крупные и редкие шлиры.

Глава 4. ТИПИЗАЦИИ МНОГЭДЕТНЕМЕРЗЛоХ ПОРОД ПО ИХ КРИОГЕННОМУ СТРОЕНИИ И ЛЬДИСТОСТИ

Изучение покровных отложений Центральной Якутии показало, что часто в литологически однородных толщах наблюдается крио-литологическая дифференциация, и в этом случае льдистость и криогенное строение мерзлых пород становятся критериями выделения геологических (криолитологических) тел (см.гл.1). С помощью мерзлотно-фациального анализа выявляются криолитологические границы, обособляются криолитологические (возникшие в процессе перехода отложений в многолетнемерзлое состояние) фации и фациаль-ные комплексы.

Геологические тела можно считать однородными по криолито-логическим признакам в случае качественной и количественной однородности всех видов льдов, которые в первую очередь определяются типом криолитогенеза.- сингенетическим или эпигенетическим. Тип криолитогенеза устанавливается для криолитологическо-го тела определенного ранга. Так, например, формация покровных отложений в целом является синкриогенной, но в её состав входят отдельные (Ьации или фацнальные комплексы, генетические типы и комплексы генетических типов, изначально промерзавшие эпигенетически. Кроме то^о, значительная, даде большая часть покровной

толши на разных отрезках геологического времени' оттаивала в своих отдельных частях и вновь промерзала в основном сверху, эпигенетическим путем и реже - снизу, со стороны сохранившихся ММП, т.е. по сингенетическому типу. Г.Ф.Гравис предлагает такие порода называть соответственно наложенно-эпикриогенными и нало-женно-с инкрио генными.

В разработанной автором схеме типизации ММП по их криогенному строению и льдистости пом1шо пород, различающее я'по типу хриол-гго^сиоиа (син- и. зпикриогенных),по разновидности криолито-генеза выделяются наложенно-синкриогенные породы, которые залегают практически сплошным слоем мощностью от нескольких десятков сантиметров до 1-2 м в основании современного сезонноталого слоя. Криогенное строение их формировалось в условиях, близких, к современным и его дифференциация соответствует современной ландшафтной дифференциации поверхности. Подошва наложенно-синкриогенных пород маркирует максимальную глубину протаивания за период существования мерзло? толщи.

Специфическое криогенное строение наложенно-синкриогенных пород, отличное от строения подстилающих ММП, отмечалось многими исследователями (Н.С.Данилова, Т.Н.Каплина, Ю.Л.Шур, Г.Ф. Гравис, С.в.Томирдиаро, Б.К.Черненький и др.). Ю.Л.Шур, показав важность инженерно-геологического изучения этих пород, разделяет их на переходный и промежуточный слои, однако их генетическая трактовка отличается от наших представлений об истории развития мерзлых толш, в Центральной лкутии, основанных на данных.об изменении палеогеографических условий в течение голоцена (Н.А.Хотин-01'и л и ¿р.). Помимо наложенно-синкриогенных в понятие "промежуточный слоя'.' входят и первично-синкриогенные породы, например, в пределах современных пойм и др.

Типа криогенных текстур, а следовательно, и льдосодержанйе л зависят от многих факторов и условий. Условия промерзания рассматриваются как ¿Социальные условия формирования криолитоген-нда фаций, а криогенные текстуры и залежеобразушие льды - как "ндикаторы этих условий.

Исходя из изложенного, используются следующие критерии типизации ММП по их криогенному строению и льдистости: а) типы криолитогенеза; б) разновидности криолитогенеза; в) залежеобра-

зувщие льды и объемная ыакрольдистость; г) криогенные текстуры и соответствующие значения льдистости за счет текстурообразую-щих льдов.

Названные критерии или признаки используются для-подразделения геологических тел по их криогенному строению и льдистости на криолитологические фации и фациальные комплексы (KSK) разных порядков. При. их выделении на каждой ступени иерархической лестницы используется только определенный признак.

К® I порядка обособлялись с учетом фациальных условий осадконакопления и промерзания, индикатором которых являются по-ясковыэ микролинзовидные, либо поясковые тонко-, среднешцировые (мезояшировые) линзовидно-прожилковые криогенные текстуры.

KSK П порядка выделяются по типам криолитогенеаа. Чаще всего их границы совпадают с границами фациальных комплексов, выделенных по общности состава отложений.

К Ш Ш порядка отнесены породы, принадлежащие к слою наложенного синкриогенеза.

В пределах выделенных К® разных порядков обособляются криолитологические фации - литологически однородные образования, промерзание которых происходило в одинаковых условиях.

Наибольшей изменчивостью криогенного строения характеризуются породы ледового комплекса-. Значительные вариации льдистости за счет залежеобразупцих и текстурообразующих льдов в породах ледового комплекса нельзя объяснить только изменчивостью литоло-гического состава. Так, высокая степень льдистости за счет ПЖЛ зафиксирована автором не только в супесчано-суглинистой толще, а также в песчаных отложениях.Переслаивающиеся супесчано-суглини-стые и песчаные породы характеризуются средней степенью льдистости за счет ПЯЛ, при этом ПЖЛ приурочены к песчаным прослоям. Рост ПВД начинался, вероятно, после накопления очередного супе-счано-суглинистого слоя, который в то время частично или полностью был слоем .сезонного протаивания. Затем русловые потоки вновь отлагали песчаный материал, и П1Л в супечано-суглинистых прослоях протаивали под этими потоками.

Количество текстурообразующего льда в породах ледового комплекса также существенно различаатоя.

В итоге иерархическая лестница геологических тел ледового комплекса оказалась наиболее сложной, именно в этих породах проведено наибольшее число криолитологических границ (рисЛ).

Несколько меньшей изменчивостью криогенного строения характеризуются фациальные комплексы аласно-ложбинного и озерно-аллю-виального комплексов покровных, а также террасово-дельтового комплекса перигляциальных отложений, (см.рнсЛ). Здесь дополнительное криолитологическое расчленение требовалось только для обособления К® наложенно-синкриогенных пород, выделяемах по разновидностям криолитогенеза.

В пределах тукуланового комплекса, аллювиальных отложений магистральных и малых рек и дочетвертичных дисперсных пород дополнительные крйолитологические границы не проведены. В них кри-олитологические изменения либо совпадают с изменениями состава пород, либо все геологические выдзлы криолитологически однородны.

Исключение могут составить современные аллювиальные отложения, представленные мелкодисперсными осадками, Обычно они промерзают одновременно с осадконакоплением (сингенетически). Повышенная обводненность некоторых участков может предохранить их от своевременного промерзания, которое впоследствии уже произойдет при охлаждении сверху — т.е. эпигенетическим путем. В этом случае будет проведена дополнительная криолитологическая граница, оконтуриваюшая К® П порядка.

Разные виды льдистоети, характеризующие выделенные специальные и криолитологические фациальные комплексы, приводятся в таблицах, включенных в диссертационную работу. Предложенная коди<^и-кация оптико-структурного метода (гл.З) позволила определить значения влажности минеральных прослоев и агрегатов (цементационной льдистое ти) в грунтах с микро-, тонко- исреднешг яровыми, часто- и среднеслоистыми криогенньши текстурами. Подтвердились ' закономерности, которые до сего времени считались гипотетическими и установлены новые. В.частности, подтверждено предположение (А.И.Попов и др.)' о том, что минеральные прослои, раэделякцие тонкие ледяные шлиры, содержат больше льда-цемента по сравнению с. прослоями, ограниченными более толстыми шлирами. Установлено,

Покровные от поженю

Комплексы генетических типов (по парагенеэу гетерогенных отложения)

/

Генетические типы (по преобладавшему процессу транспортировки и накопления материала)

{р7°7П

[Ал ас но-ложбинный комплекс

Аллювиальные

(Д)

7111

Сзерио-аллювиаль-ный комплекс (¿г )

'абераль-"9 и озерке отлож.

()

V

Озерно-аллюви-альи.отл

(Та )

Страткграфо-геквтичвскив комплвкаы| (по преобладаотему проц.трансп. и | нахопл.катер. в опр. отрез, геол.ера«,}

-¿-„А

щ, г

Фациальные комплексы (по общности состава отл., отражающей однородность фациалъных усл. осадконакопления)

Крупно- [Мелко- Крупно- 1 Мелкодис- Крупио- Мелко-

диспер- диспер- аиспер- персных диспер- диспер-

сньгх по- сных ло- зных по-1 пород скых по- сных по-

род !род 1РОД 1 род род

Криолитологические федиальные компле: сы I.порядка (по однород.4«циал ькых усл.осадконакопл. и промерзания)

криолитологические федиальные комплексы Л пор. (п ------------

эа)

■ пор. \по типам криолитогене-

Перигляциальные отложения

Террасово-дельтовый, комплекс

/

Аллювиальные и про-лювиаяьн. отлож. {°.Р)

Криолитологические социальные комплексы Ш пор. (по разновидаоЕидности

..........пор. ..

криолитогенеза)

Криолитологические федии (литологи-ческие однородные образования)

Рис.1, Фрагмент схемы типизации

'олетнемерзлых д| криогеяноуу <

зперсныг пород аккумрт троению и льдистости

I

что чем чаще расположены тонкие ледяные шлиры, тем больше значения цементационной льдистости.

Ранее отмечалось, что в синкриогенных породах, а также в верхнем, горизонте ММП значения влажности минеральных гфослоев высоки (Т.Н.Жесткова, Ю.Л.Шур и др.). Однако сопоставление значений влажности минеральных, агрегатов, ограниченных ледяными телами с участием вертикальных и субвертикальных элементов и отсутствием таковых, ранее не проводилось. Сопоставление указанных показателей в грунтах, однородных по вещественному и гранулометрическому составам, проведенное автором для синкриогенных пород, позволило установить, что минеральные агрегата, ограниченные ледяными прожилками, не являются более иссушенными по сравнению с прослоями, ограниченными ледяными телами иного вида. Этот факт подтверждает вывод о том, что ледяные прожилки образовались не в результате иссушения минеральных прослоев при сегрегационном льдообразовании, а идам путем, например, вследствие температурных деформаций, что предполагалось Ю.Л.Шуром. Так, формирование криогенных текстур верхнего горизонта мерзлых пород связывалось Ю. Л.Щуром с трещинообразованием в зоне значительных колебаний температуры грунта.

Нноголетнемерзлые покровные отложения в значительной своей части преобразованы вследствие их разновременного оттаивания и повторного, промерзания. В зависимое« от степени произошедшее при этом изменений автором различается два типа преобразования -криолитолого-генетическое и яриолитавзгнческое.

Криолитолого-генетнчесное преобразование пород ледового комплекса сопровождается активизацией экзогенных геологических процессов (термокарста, солифтокцин, териоэрозии и др.) и приводит к возникновению осадков иног^ генезиса и более молодого возраста с иными криояитологическими свойггваии и другими геокриологическими характеристиками (температурой пород, глубиной сезонного протаивания). Нее это сопровождается уменьшением льдосодоржанин пород, что характерно и для других районов. Известно, что прота-ивание и повторное промерзание приводят к уменьшению льдистости пород, что отмечалось, например, Л.Н.Крицук, А.Н.Котовым, а также зарубежными исследователями Е.Чемберленом и С.Блуином, Д.Лоу-сОном. Однако зайисимость льдистости преобразованных пород от её

изначальных значений не исследовалась. Автором установлено, что льдистость вновь образовавшихся отложений аласно-ложбинного комплекса не зависит от изначальной льдистости протаявших пород.

Криолитологическое преобразование покровных отложений не сопровождается существенной активизацией экзогенных геологических процессов, а изменяет только криогенное строение и льдистость отложений, оставляя прежними генезис и возраст. Возникают наложенно-синкриогенные породы. Льдистость их не связана с исходными значениями льдистости преобразованных пород, а соответствует современным ландшафтным условиям,' что подтверждается статистическими расчетами. Льдистость (влажность) наложенно-скнкрио-генных пород может быть выше или ниже исходной (рис.2).

Глава 5. НАУЧНОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТИПИЗАЦИИ МНОГО-ЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД ПО ИХ КРИОГЕННОМУ СТРОЕНИИ И ЛЬДИСТОСТИ

Разведка и освоение месторождений Лено-Вилюйской газонефтеносной провинции сопровождаются техногенными, нарушениями, среди которых наиболее часты нарушения почвенно-растительного покрова, приводящие к оттаиванию верхнего горизонта многолетнемерзлых пород. По этой причине одним из важнейших, звеньев подготовки материалов к прогнозу изменения геокриологических условий является расчленение -верхнего горизонта М№ на криолитологическйе тела разного ранга, отличающиеся друг от друга криогенным строением и льдистостью.

Разработанная схема типизации ММП по их криогенному строению и льдистости применима при инженерно-геологических съемках, выполняемых в криолитозоне в средних и крупных (до 1:25 ООО) масштабах. Работами ВСЕГИНГЕО установлено, что при таких исследованиях объектом картографирования являются фациальные комплексы пород, обособляемые по однородности литологического состава. Поэтому дифференциация отложений по признакам, определяемым .крио-литогенезом, в разработанной схеме начинается с выделения этого таксона. Такая иерархия не является жестко детерминированной. При исследованиях, осуществляемых в мелких масштабах, криолитоло-"ические признаки могут учитываться с более высокого таксона в зависимости от необходимой детальности расчленения геологической

ЬАССлЙ! сраднки

tO I

Рис.2, CSctMa криолитолого-генетического и криолятологичесиого преобразования шоголетиемерэлых пород

среда. И, наоборот, учет указанных признаков может осуществляться с самого низкого таксона, т.е. для геологических фаций, выявленных по литолого -генетическим признакам.

На основе разработанной схемы типизации ЫМП по Их криогенному строению и. льдис тости для Центральноякутского региона создана типовая легенда средне- и крупномасштабных инженерно-геологических карт, в которой объекта картирования характеризуются однородным криогенным строением и льдистостью, поскольку они обособлены с учетом дополнительных криогенных признаков.

Определение различных видов льдис тости за счет текстурооб-разующего льда в дисперсных породах Центральной Якутии поз воли- ■ ло сопоставить значения осадок при оттаивании грунтов под собственным весом и значения их льдис тости за счет ледяных включений. Такие сопоставления для сильнольдистых синкриогенных пород ранее не проводились.

Обычно утверждается, что осадка грунта при оттаивании под собственным весом меньше суммарной толщины ледяных прослоек, поэтому при прогнозе осадок в результате оттаивания грунтов под собственным весом суммарная толщина ледяных прослоек принимается с коэффициентами меньше I, как это рекомендуется в нормативных документах (СНШ П 18-76). Значения коэффициентов указываются в нормативных документах без разделения мерзлых грунтов на син- иэпикриогенные и без учета их степени льдис тости. Ю.Л.Щур подчеркивал, что эти коэффициента являются произвольно назначенными и их применение возможно лишь для грунтов, сохранявших после оттаивания посткриогенную текстуру (эпикриогенных).

Определения автора показали, что при оттаивании сильнольдистых синкриогенных грунтов под собственным весом их осадка тесно связана с льдистостыв за счет ледяных включений (коэффициент корреляции равен;0,9), но ее значения превышают значения льдистое ти за счет ледяных включений. Этот факт объясняется тем, что в сильнольдистах породах возможна также осадка за счет льда-цемента. Максимальная разница между осадкой при оттаивании грунта под собственным весом и шлировой льдис тостью отмечена для грунтов с наиболее тонкими ледяными шлирами, т.е. для таких грунтов возрастает доля осадки за счет льда-цемента.

Из изложенного следует,что при прогнозе осадок синкриоген-ных пород, обычно характеризующихся высокими значениями суммарной влажности, необходимо учитывать возможность осадки грунта за счет таяния льда-цемента. Количество последнего определяется, помимо гранулометрических особенностей, параметрами криогенных текстур, и может быть определено по методу, изложенному в гл.З.

Отмеченные закономерности имеют важное практическое значение. Если осадки под нагрузкой имеют определяющее значение при изучении грунтов как оснований под хозяйственные объекты, то значение осадок при оттаивании грунтов под собственным весом важно при прогнозе термокарстовых процессов, развивающихся без приложения дополнительных нагрузок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

Т. В работе обобщен большой фактический материал по криогенному строению и льдистости отложение западной части Централ— ноякутской равнины, которая до последнего времени оетавалп-?> в инженерно-геологическом отношении малоизученной территорией.

2. Установлено, что ведущая роль в строении толщи дисперсных отложений аккумулятивных равнин Центральной Якутии принял лежит полигенетическим покровным отложениям, которые перекрывают, а нередко частично или полностью замещают первоначал «г:' -и лювий магистральных рек - Леш и йилюя.

3. Установлены критерии выделения и выделены геолог^^о'с" тела многолетнемерзлих отложений разного ранга: генетические и-пы и их комплексы, сц-атиграйо-генетические к йаииапьнне м~

плексы, а также криолитологические фациальные коки-'кс ; •• -Т-еиии,

#

составлена схема их типизации.

4. Установлено, что в период формирования покгоинмх сложений в ледников: :п г»поуи плейстоцена ПМ в субазралт-ннх у.'чт-ич« могли формироваться з отложениях любого состава, от глин- чиу .¡.', песчаных. Наиболее благоприятные условия для их продолжит^ ..¡юго развития и лосле ц'юшего с ох ране-'к я были в периферическо*' >. ■ ч аккумулятивг.ух равнин.

5. Установлено,.что криолитолого-генетический тип . рх. г 'по- х нания пород ладового комплекса, приводящий к активизации к -огон-

ных геологических процессов и возникновению новых генетических . типов-отложений, сопровождается уменьшением льдосодержания пород, не связанным с её исходными значениями. Криолитологическое преобразование покровных отложений не сопровождается существенной активизацией экзогенных геологических процессов, новые отложения не возникают, а меняется только их криогенное строение и льдистость. В зависимости от ландшафтных условий промерзания льдистость пород может увеличиться или уменьшиться по сравнению с исходной.

6. Разработана легенда средне- и крупномасштабных инженерно-геологических карт, типовая для Центральной Якутии, позволяющая наиболее полно отразить пространственную изменчивость криогенного строения и льдистости мерзлых пород.

7. Предложена модификация оптико-структурного метода для определения льдистости за счет текстурообразующего льда в грунтах с мелкими и частыми ледяными шлирами.

В. Для супесчано-суглинистых отложений аккумулятивных равнин Центральной Якутии получены уравнения связи, позволявшие по значениям суммарной влажности пород с учетом их гранулометрических характеристик и параметров криогенных текстур определять цементационную и шлировую льдистость.

9. Установлено, что минеральные прослойки, разделяющие тип-кие и частые ледяные шлиры, содержат больше льда-цемента, чем прослойки, разделяющие более толстые и редкие шлиры..

10. Установлено, что осадка оттаивания льдистых синкрирген-ных грунтов под собственным весом превышает значения их льдистости за счет ледяных включений. Показано, что в этих случаях необходимо учитывать осадку грунта за счет льда-цемента.

ПУБЛИКАЦИИ ПО -ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Особенности криогенного строения покровных толш, южной части Центральноякутской низменности // Формирование мерзлых пород и прогноз криогенных процессов. - М»: Наука, 1986. - С. 6066 (соавтор Г.Ф.Гравис).

2. Динамика сезонноталого слоя в голоцене в условиях Центральной Якутии // Инженерно-геологические и геокриологические

исследования состояния геологической среды. - М.: ВСЕГИНГЕО. Деп. в ВИНИТИ, 1986. - С. 70-77.

3. Криогенное строение, тепловые осадки и засоленность покровных отложений южной части Центральной Якутии // Криогенные физико-геологические процессы и методы изучения их развития: Сб. науч. тр. / ВСЕГИНГЕО. - М., 19Й7. - С. 100-113 (соавторы Г.Ф.Гравис, 0.Е.Пономарева).

4. Определение разных видов льдистости а грунтах с мелкими ледяными шлирами // Результаты инженерно-геологических и геокриологических исследований. - М.: ВСЕГИНГЕО. Деп. в ВИНИТИ, 1988. - С. 106-119.

5. Геокриологические аспекта экологии газовых месторождений Центральной Якутии // Материалы I Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса". - М., 1989. - Вып. I. -

С. 57-65 (соавторы Г.Ф.Гравис, О.Е.Пономарева, М.Е.Попова, А.И.

Сташенко).

6. Расчленение покровных отложений Центрально-Якутской низменности для целей инженерно-геологического изучения // Проблемы инженерно-геологических изысканий в криолитоэоне. Тезисы докладов научно-практической конференции. - Магадан, 19В9. - С. 132-133.

Л. 34446. Подписано в печать 20.07.90 г. Заказ 241

Формат 60x90Vl6. Уч.-изд.л. I. Тираж 100 экз. Бесплатно. Московская обл., Ногинский р-н, пос.Зеленый Ротапринт ВСЕГИНГЕО