Статья: Изотопно-геохимический состав пластовых ледяных залежей на междуречье рек Мордыяха и Сеяха (Мутная), Центральный Ямал

Рис. 8 Соотношение д¹⁸O-д²Н для образцов пластового и повторно-жильного льда в районе Бованенковского НГКМ (а) и в долине р.Мордыяха (б)

Повторно-жильный лед в районе Бованенковского НГКМ (см. табл. 5) характеризуется средними значениями д¹⁸O=-17,3, д²Н=-128,1‰, за исключением образца ж24 - это образец контактной зоны с вмещающими отложениями, в котором заметно участие текстурного льда. Все значения д¹⁸O, д²Н жильного льда располагаются вблизи ГЛМВ, подтверждая конжеляционный механизм образования льда. Изученный жильный лед немного изотопно тяжелее, чем среднегодовые атмосферные осадки (см. рис. 8, а), что, скорее всего, отражает лишь то, что лед формировался из атмосферной влаги, поступавшей с нижней части снежного покрова - это или осенний снег, или осенний снег, преобразованный метаморфизмом и промоченный талой водой, поступающей от поверхности снежного покрова с началом таяния. Если учесть, что, как правило, снежный покров начинает таять с поверхности ^{[6, 7]}, на которой оказывается весенний снег, то полученные значения д¹⁸O и д²Н по жильному льду Бованенково вполне соответствуют современным осадкам региона.

Значения д¹⁸O и д²Н в пластовых и жильных льдах в долине р.Мордыяха заметно отличаются друг от друга. Голоценовые ПЖЛ характеризуются практически теми же величинами д¹⁸O и д²Н, что и жильные льды Бованенково, а пластовые льды близки по значениям к позднеплейстоценовым ПЖЛ (см. рис. 8, б). Все значения по льду в долине р.Мордыяха находятся вблизи ГЛМВ (см. рис. 8, б). Наиболее высокие значения д¹⁸O и д²Н по пластовому льду отмечены на глуб. 10 м в подстилающем пылеватом вертикально-слоистом песке - это контактная зона, возможно в ней требуется более тщательный отбор образцов. Соотношение д¹⁸O-д²Н для образцов пластового льда скорее указывает на внутригрунтовое сегрегационное образование этой мощной пластовой залежи в условиях открытой системы.

Соотношение д²Н-d_exc в ледяных телах применяется для выявления процессов промерзания и льдообразования. В пластовом льду в верховьях р.Мордыяха соотношение д²Н-d_exc имеет наклон -0,37 при низком значении линейной аппроксимации (рис. 9).

Рис. 9 Соотношение д²Н-d_exc в пластовом льду в верховьях р.Мордыяха

Соотношение д²Н-d_exc в пластовом льду и перекрывающем ледогрунте прочти идентично, наклон составляет -0,35 и -0,39, соответственно, при низком значении линейной аппроксимации (рис. 10).

Рис. 10 Соотношение д²Н-d_exc в пластовом льду в районе Бованенковского НГКМ

Полученные значения близки к установленным Д.Ласеллем теоретическим значениям для льда, сформировавшегося в условиях равновесного промерзания, для которых наклон линии соотношения д²Н-d_exc составляет -0,25 ^[8].

Ранее Ф.Майклом ^[9] в районе Бованенковского НГКМ изучены различные типы льда, в которых проанализирован состав стабильных изотопов. Пластовый лед мощностью более 2,5 м (исследованный на участке Y8) подстилается песком и перекрывается оползневыми отложениями. По льду получено однородное распределение значений д¹⁸O от -18 до -19‰ (рис. 11, б), которое подобно современному среднему среднегодовому значению в атмосферных осадках. По четырем другим участкам пластового льда получены данные д¹⁸O от -15 до -24 ‰. Однородное распределение значений д¹⁸O по глубине в пластовом льду указывает на его сегрегационное происхождение. Эти данные позволили Ф.Майклу сделать вывод, что исследуемый район не подвергался оледенению в позднем плейстоцене. На это также указывают широко распространенные здесь сингенетические ледяные жилы и мамонтовые остатки ^[9].

Рис. 11 Распределение по глубине значений д¹⁸O (1) и д²Н (2) в скв. 34-P (а - по Ю.К.Васильчуку ^[10]) и значений д18O (б - по Michel ^[9]) в позднеплейстоценовых пластовых льдах Бованенковского ГКМ

Ю.К.Васильчуком ранее также получены однородные вертикальные изотопные профили по пластовым льдам в районе Бованенковского НГКМ, при этом значения д¹⁸O и д²Н в относительно глубоко расположенном ледяном пласте (глубже 28 м) близки к значениям в пластовом льду в точке Л в северной части оз. Ханикосито. В одной залежи, вскрытой скважиной на глубинах 28-32 м, значения д¹⁸O варьировали от -16,95 до -18,89‰, а значения д²Н от -131,7 до -146‰ (рис. 11, а). Изотопно-кислородная и дейтериевая кривые имеют одинаковую конфигурацию, что, скорее всего, указывает на равновесные условия фракционирования при формировании пластового льда. По двум другим пластам мощностью 0,8 и 2 м также получены однородные изотопные профили, где вариации д¹⁸O не превысили 1 ‰, вариации д²Н составили менее 4 ‰ ^[10].

В пластовом льду в верховьях р.Мордыяха изучены пыльца и споры (табл. 8). Палиноспектры изо льда неоднородны. Концентрация колеблется от 108 до 368 экз./л. На то, что пыльца и споры не были занесены в образцы при отборе проб, указывают следующие признаки: 1) полученные палиноспектры существенно различаются в пределах данной залежи; 2) пыльца и споры имеют разную степень сохранности; 3) отбор образцов для палинологического исследования производился с максимальной изоляцией отобранного льда.

Таблица 8

Процентное содержание пыльцы и спор в пластовых льдах в верховьях р.Мордыяха, 537 км ж/д дороги Обская Бованенково, август 2011 г.

Исследование пыльцы и спор в обнажении пластовых льдов в верховьях р. Мордыяха показало, что палиноспектры содержат типично тундровые элементы, такие как споры зеленых мхов, хвощей, пыльцу верескоцветных, морошки, ивы (табл. 9). Именно эти компоненты показательны для тундровых палиноспектров ^[11]. В одном образце (11-YuV-2/5) отмечена в заметных количествах дальнезаносная пыльца сосны и березы, в этом же образце самое высокое содержание переотложенных дочетвертичных палиноморф, из чего можно предположить с уверенностью, что эта пыльца, тоже переотложена, этот палиноспектр также содержит тундровые элементы - споры зеленых мхов, пыльцу лилиецветных и морошки. Существенно отличается палиноспектр образца 11-YuV-2/4: здесь отсутствует не только пыльца древесных пород, но также и кустарников. Абсолютно доминируют пыльца осок и споры хвощей, встречена пыльца василисника, злаков, лилиецветных, бобовых. Высокое содержание пыльцы и спор влаголюбивых растений, в частности хвощей и осок, василисника указывает на возможный источник происхождения воды, образовавшей лед. Такого рода особенности отмечены на Ямале для отложений небольших озер ^[11] и пойменных отложений рек. Отметим также наличие раковин диатомей, и зеленых водорослей рода Pediastrum. Для примера приведем результаты изучения проб речных вод, отобранных на мелководье в припойменной части в июле в разных подзонах тундры.

Таблица 9

Концентрация пыльцы и спор в реках Севера Западной Сибири в июле (экз./л)

Долины рек в основном располагаются в одной тундровой подзоне. Полученные данные демонстрируют, что концентрация пыльцы и спор выше в воде реки Щучья, протекающей по территории кустарниковых тундр. Доминирует пыльца древесных пород, что связано не только с близким расположением границы с лесотундрой, но также и с существованием придолинных лесов, проникающих в зону кустарниковых тундр. Характеристика воды рек протекающих по территории типичных тундр (кустарничковых и мохово-лишайниковых) характеризуется заметно более низкой концентрацией, и преобладанием пыльцы трав. Поскольку отбор проб производился в момент цветения тундровых трав, полученные палиноспектры отражают лишь один из периодов эмиссии пыльцы.

Таким образом, палиноспектры, выделенные из ледяной залежи в долине р. Мордыяха, свидетельствуют о внутригрунтовом происхождении льда. На это указывает признаки типично тундровых палиноспектров: содержание пыльцы карликовой березки (8-28%), ольховника 6-11%, злаков (11-50%), осок (до 42%), верескоцветных (29-39%), и спор зеленых мхов (1-38%), наличие спор хвощей (до 26%), пыльцы водных растений, таких как Thalictrum (7%), а также заметное содержание доплейстоценовых палиноморф (3-24%). Выделенные таксоны либо практически не встречаются во льду и снежном покрове ледников, как, например, переотложенные дочетвертичные формы, либо встречаются крайне редко и единично, как например, пыльца верескоцветных, споры зеленых мхов и хвощей ^[11]. Зафиксировано присутствие дальнезаносной пыльцы сосны и древовидной березы, совпадающее с высоким содержанием переотложенных дочетвертичных форм, что свидетельствует о том, что пыльца сосны и березы попала в лед из вмещающих отложений наряду с доплейстоценовыми палиноморфами.

Факторы и механизмы образования пластовых ледяных тел

По нашим представлениям образование мощных массивов пластовых льдов в криолитозоне связано с двумя основными факторами - атмосферными осадками и приповерхностным залеганием многолетнемерзлых пород. Простой расчет количества атмосферных осадков показывает, что при обычном для северных территорий количестве осадков 500 мм/год за 10-40 тыс. лет выпадает столб воды от 5 до 20 км. Сохранение даже 1% этой воды может привести к образованию слоя льда мощностью от 50 до 200 м. Вторым важным фактором активного льдообразования в позднем плейстоцене является заметное снижение зимних температур воздуха в пределах современной криолитозоны на 6-8°С ^[12-14].

В районах слабого поверхностного стока, к которым относятся сильно заозереннные территории полуострова Ямал, дельты Маккензи и Юкона, увеличение длительности зимнего сезона, снижение зимних температур и сниженный поверхностный сток естественно вели к увеличению заозеренности, а, следовательно, к заметному возрастанию насыщенности влагой верхних горизонтов многолетнемерзлых пород. Это выражалось в повсеместном образовании на этих территориях пластовых ледяных залежей инфильтрационного и сегрегационного типов.