Статья: Состав, строение и свойства многолетнемерзлых песков территории Восточной Сибири

На территории Восточной Сибири возраст эпикриогенных песчаных грунтов начинается с ранней юры. Основные районы распространения многолетнемерзлых дочетвертичных песков - Хатангский и Предверхоянский прогибы, а также Вилюйская синеклиза.

В разрезе Хатангского прогиба древние эпикриогенные пески выделяются в составе терригенных верхнемеловой и угленосной нижнемеловой формаций. Помимо песков они включаютпесчаники, алевролиты, глины, аргиллиты, конгломераты, а во втором случае ещё и прослои бурых углей. Общая мощность этих формаций доходит до нескольких километров, но проморожены в них только верхние 500-600 м. Льдистость песков невысокая, криотекстура массивная. Они перекрыты мерзлым четвертичным покровом мощностью 20-80 м.

В пределах Вилюйской синеклизы и сочлененного с ней Предверхоянского прогиба описаны четыре согласно залегающих терригенных формации, включающих пески: молассовидная нижней и средней юры, континентальная угленосная верхней юры - нижнего мела, континентальная каолиновая верхнего мела и сероцветная неогеновая.

Вмолассовидную формацию нижней и средней юры помимо песков входят песчаники, алевролиты, глины и аргиллиты, а также конгломераты и галечники в нижней части. В бортах синеклизы формация залегает под кайнозойскими отложениями, в восточном направлении погружается под более молодые мезозойские породы и в этом же направлении её мощность увеличивается от 100 до 900 м, в прогибе достигает 1500 м. До глубины 500-600 м породы находятся в многолетнемерзлом состоянии. Пески данной формации кварц-полевошпатовые, разнозернистые, с включениями лимонит-песчаниковых и марказитовых стяжений, в верхней части хорошо сортированные. Плотность твердых частиц в среднем составляет 2,67 г/см³, плотность грунта 1,4-1,8 г/см³, полная влагоемкость 10-38 %, влажность 6-34%, пористость 40-44 %. Криотекстура песков массивная, льдистость невысокая, при оттаивании они переходят в рыхлое, часто сыпучее состояние ^[15].

Угленосная формация верхней юры - нижнего мела перекрывает молассовидную и представлена чередующимися песками, песчаниками, алевролитами с прослоями конгломератов, гравелитов, глин, аргиллитов и углей. Глубина ее залегания изменяется от 3-100 м на западном склоне Вилюйской синеклизы до 500-1000 м в центральной части, а мощность варьирует от 200 до 5200 м (в Предверхоянском прогибе). Породы этой формации проморожены на глубину 400-600 м.

Терригенная формация верхнего мела почти полностью сложена песками, изредка встречаются глины и прослои бурых углей и лигнитов. Её характерная особенность - каолинизация отложений, уменьшающаяся вниз по разрезу. Мощность формации изменяется в широких пределах - от 160 м на Верхне-Вилюйском поднятии до 1000 м и более в самой погруженной части впадины, до глубины 500-600 м она находится преимущественно в многолетнемерзлом состоянии. Пески полевошпат-кварцевые, местами ожелезненные, мелко-, средне- и крупнозернистые, в верхней части грубозернистые, иногда пылеватые. В устье Вилюя преобладают более тонкие разности - мелкозернистые и пылеватые, с коэффициентом неоднородности 5 при действующем диаметре 0,045 мм. Плотность мерзлых песков изменяется от 1,7 до 2,26 г/см³ (среднее значение 2,06 г/см³), плотность твердых частиц 2,65-2,66 г/см³, коэффициент пористости 0,540-0,592, суммарная влажность 12-24% (среднее значение 22%), полная влагоемкость 22 % ^[15].

На мезозойских отложениях залегает неогеновая терригенная формация, сложенная аллювиальными и озерно-аллювиальными песчано-глинистыми породами мощностью от 45 до 800 м (максимальная - в Нижне-Алданской впадине). Отложения проморожены до глубины 500 м, в верхних горизонтах местами отмечены повторно-жильные льды. Изучение 100-метровой части разреза данной формации в районе Якутска показало следующие результаты. Толща представлена переслаиванием мелкозернистых песков и супесей, реже встречаются суглинки. Криотекстура песков массивная, влажность по 36 определениям изменяется от 15,9 до 22 % (среднее значение 19%), плотность мерзлого грунта 1,97-2,1 г/см³ (среднее 2,0 г/см³), плотность скелета 1,64-1,85 г/см³ (среднее 1,65 г/см³), коэффициент пористости 0,45-0,83 (среднее 0,60). Объемная теплоемкость песков имеет среднее значение 2,09 кДж/м³•град, коэффициент теплопроводности 5,8•10^-3 Вт/м•град, коэффициент температуропроводности 1,66 м²/с ^[15].

Более молодые плейстоценовые эпикриогенные пески на севере Восточной Сибири подстилают синкриогенные и входят в состав водно-ледниковых, озерно-ледниковых, морских, аллювиально-морских, озерно-аллювиальных и аллювиальных комплексов. В водно-ледниковых отложениях пески преобладают, включают значительное количество гравия и гальки, имеют массивную криотекстуру и невысокую льдистость. В предгорьях Таймыра на контакте водно-ледниковых песков со скальными породами были зафиксированы крупные залежи подземных льдов, вероятно, инфильтрационного происхождения. А на контактах песков и глин встречаются инъекционные и сегрегационные льды. Озерные и озерно-ледниковые отложения более дисперсные. В Хатангском прогибе они выполняют крупные гляциодепрессии, которые вытянуты вдоль долин рек Пясина, Мокоритто и др. и в которых до сих пор сохранились крупные озера.

Среди четвертичных песков Центральной Якутии особый интерес представляют среднеплейстоцен-голоценовые эоловые образования, которые широко распространены в долинах Лены, Вилюя и других рек региона. В разрезах этих песков выделяют и эпикриогенные, и синкриогенные разности. От окружающих многолетнемерзлых пород они отличаются достаточно высокими температурами - на залесенных участках она составляет -1,5 °С. Эоловые пески образуют дюны и бугристые скопления. Гривы песчаных массивов заняты боровыми сосняками, иногда с примесью лиственницы, в понижениях развиты травяные и моховые болота или луга. На некоторых массивах растительность практически отсутствует, и в теплое время года здесь происходит довольно активное перевевание песков. Местное название таких массивов -- тукуланы. Основные площади их развития находятся в среднем течении р.Лены и низовьях Вилюя - самых засушливых районах Якутии. И на обнаженных, и на залесённых песчаных массивах установлено наличие реликтовых радиационно-тепловых таликов. На тукуланах встречаются только надмерзлотные талики, а в пределах залесённых песчаных массивов - и надмерзлотные, и внутримерзлотные. Их мощность изменяется от 60 до 150 м. Например, на залесённой 15-метровой правобережной террасе р. Вилюй обнаружен талик, кровля которого вскрыта на глубине 7-9 м, а подошва на глубине 20-113 м ^[13].

Пески тукуланов светло-желтого и серовато-желтого цвета, их мощность изменяется от 0,5 до 20 м. По данным Е.Г. Катасоновой в дюнах для них характерна косая слоистость перекрестного типа, а в понижениях - линзовидно горизонтальная. В разрезах отмечены невыдержанные горизонты погребенных почв, что указывает на усиление и ослабление эоловой деятельности. Влажность песков в пределах дюн и бугров очень низкая - до 3%, в понижениях чуть выше - до 5%. Под эоловыми залегают аллювиальные пески, которые от них резко отличаются - имеют массивную криотекстуру и льдистость 15-25%. В верхней части разрезов тукуланов отмечены грунтовые (песчаные) жилы сингенетические и эпигенетические ^[11].

Изучение эоловых песков в долине Вилюя, в районе пос. Толоон показало, что они кварцевые, мелко- и среднезернистые, окатанные, хорошо сортированные (коэффициент неоднородности меньше 3). Криотекстура грунтов массивная, влажность невысокая - около 5-6%. Лишь 5 % песков имеют влажность выше 20 %, что соответствует распученному состоянию. Средние значения плотности грунта составляют 1,99-2,04 г/см³, плотность скелета 1,89-1,92 г/см³, коэффициент пористости 0,370-0,392 ^[15].

В южной части Сибирской платформыэпикриогенные пески встречаются очень редко. Многолетнемерзлые породы имеют здесь островное распространение и приурочены, главным образом к затененным или заторфованным участкам, сложенным преимущественно глинистыми отложениями.

Многолетнемерзлые пески горных территорий

В пределах горно-складчатых сооружений Восточной Сибири песчаные грунты развиты ограниченно, преимущественно во впадинах. Синкриогенные пески выделяются в зонах (поясах) сплошного распространения многолетнемерзлых пород - в пределах Верхояно-Чукотского орогена, севере Забайкальского, севере Байкальского рифтогена и, как правило, подстилаются там грунтами эпикриогенными.

На западе Верхояно-Чукотского орогена , в пределах Дербенской впадины, в ходе изысканий было проведено изучение плейстоценовых озерно-аллювиальных отложений. Оно показало, что в их составе преобладают пески кварц-полевошпатовые, пылеватые и мелкозернистые, реже среднезернистые. Гранулометрическая фракция крупнее 0,5 мм отсутствует; в верхней части разреза 60-70% приходится на фракцию 0,25-0,1 мм и 40-45% - на фракцию менее 0,1 мм. С глубиной происходит уменьшение содержания пылеватой и глинистой фракций до 15-20% и увеличение фракции 0,25-0,1 мм до 80-95% и фракции 0,5-0,25 мм до 20%. Пески чаще всего имеют массивную криотекстуру, являются повышенно- и среднельдистыми, при оттаивании переходят в рыхлое водонасыщенное, а на некоторых участках - плывунное состояние ^[14]. В таблице 4 приведены некоторые показатели свойств озерно-аллювиальных песков на разной глубине разреза.

Таблица 4

Свойства озерно-аллювиальных песков (по материалам института Якутгражданпроект) ^[10]

Во впадинах Забайкальского орогена и Байкальского рифтогена значительная часть рыхлых четвертичных отложений приходится на плейстоценовый полигенетический комплекс песков, который развит в межгорных впадинах и долинах рек. В рифтовых впадинах, иногда называемых впадинами байкальского типа, его мощность доходит до 200-400 м. Данные пески объединяют отложения водно-ледникового, озерно-аллювиального, аллювиальногоиэолового генезиса. При этом на севере региона (Муйская, Чарская, Ципинская впадины и др.) в верхах разреза пески относятся к категории синкриогенных, в центральной и южной частях (Верхнеангарская, Баргузинская, Тункинская впадины и др.) они полностью трактуются как эпикриогенные. Особый интерес представляют эоловые пески, залегающие на высоких террасах и низких водоразделах. Местами они закреплены растительностью, а иногда образуют обширные перевеваемые массивы - «мини-пустыни» с барханами и дюнами. В первом случае пески мерзлые, а во втором под ними развиты талики. Например, в центре Чарской впадины находится огромный массив перевеваемых песков - урочище Пески площадью около 40 км2. На вершине одной из дюн здесь была пробурена скважина глубиной 30 м, которая мерзлоту не вскрыла - прошла через талые пески до уровня подземных вод. Формирование талика под обнаженными песками связывают с высокодебитной разгрузкой артезианских вод и с тем, что мерзлые пески протаивают до глубины 10-11 м, а промерзают до 6-7 м, т.е. идет деградация мерзлоты. Урочище окружено многолетнемерзлыми закрепленными боровыми песками с температурой -2°С на глубине нулевых годовых колебаний, а на соседних марях она составляет уже -3ч-4°С. Глубина сезонного оттаивания на боровых песках не более 2,3-2,5 м ^[9]. Аналогичные эоловые пески выделяются и в более южных впадинах Байкальского рифтогена и Забайкальского орогена, но там они полностью трактуются как образования эпикриогенные. В южных впадинах кровля мерзлоты под развеваемыми песками опущена значительно глубже, чем в северных. В Тункинской депрессии она вскрывается на глубине от 12 до 47 м, Баргузинской - от 38 до 120 м, Верхнеангарской - от 27 до 127 м Эоловые пески представлены мелкозернистыми и пылеватыми разностями рыхлого сложения с невысокой влажностью (3-10%) и часто морозной криотекстурой ^[12].

В переделах Алтае-Саянской горной системы, расположенной на самом юге Сибири, мерзлые пески развиты только в верхнем высотном поясе. В наиболее изученных Чуйской, Курайской и Убсунурской впадинах мощность многолетнемерзлой толщи оценивается в 40-90 м. Мерзлые пески, чаще всего, приурочены к плейстоценовым озерно-ледниковым, водно-ледниковым или озерно-аллювиальным отложениям и вероятно, палеоген-неогеновой терригенной красноцветной (молассовой)формации. В инженерно-геологическом отношении они пока слабо изучены, можно лишь отметить, что в основном это образования эпикриогенные. Тем не менее, в верховьях Енисея, на западе Тоджинской впадины, в уникальной обстановке прерывистой седиментации была накоплена синкриогенная толща верхнеплейстоцен-голоценовых осадков, которая описана в разрезе 20-метровой террасы в урочище Мерзлый Яр. В составе этой толщи, пронизанной несколькими ярусами повторно-жильных льдов, преобладают пылеватые супеси, но выделяются и прослои песков ^[3,1].

Заключение

1. На территории Восточной Сибири возраст многолетнемерзлых песков изменяется от ранней юры до голоцена включительно. Самые древние, выделенные в пределах Вилюйской синеклизы (нижнее-, средне и верхнеюрские; нижнее- и верхнемеловые) и Хатангского прогиба (нижнее- и верхнемеловые), относятся к категории эпикриогенных.

2. Многолетнемерзлые пески четвертичного возраста входят в состав водно-ледниковых, озерно-ледниковых, морских, аллювиально-морских, эоловых, озерно-аллювиальных и аллювиальных генетических комплексов. В северных районах верхнюю часть разрезов этих комплексов обычно слагают синкриогенные грунты, а эпикриогенные их подстилают. В центральных и южных районах эпикриогенные пески часто залегают непосредственно с поверхности.

3. В Центральной Якутии и некоторых впадинах южных орогенов выделяются обширные массивы перевеваемых, полузакрепленных или закрепленных эоловых песков. Под перевеваемыми песками развиты талики различной мощности.

4. Гранулометрический состав песчаных грунтов изменяется в широком диапазоне - от гравелистых до пылеватых разностей. Чем выше дисперсность песков, тем обычно выше их естественная влажность и коэффициент пористости и ниже плотность грунта и скелета грунта. Мелкие и пылеватые разности нередко имеют шлировую криотектстуру, при оттаивании дают заметную осадку и часто переходят в плывунное состояние. У более крупных песков криотекстура преимущественно массивная, осадка при оттаивании незначительная.