Menu

Криогенные породы, их специфика и классификация

Криогенные породы — это природные образования, возникающие вследствие замерзания воды или водных растворов на поверхности Земли и в земной коре. Необходимым условием возникновения и эволюции криогенных пород при давлении, близком к атмосферному, является температура ниже 0°С (от десятых долей градуса до нескольких градусов).

Основным отличительным признаком криогенных образований, обусловливающим их специфику, является наличие в них кристаллической и жидкой фазы Н20, которая содержится главным образом в граничных зонах между кристаллическими частицами породы. Другие горные породы в подобном физическом состоянии, с частичным подплавлением одного (или нескольких) :из породообразующих минералов, могут оказаться только в условиях высоких давлений и температур, которые имеют место в нижних частях земной коры и в верхней мантии.

Криогенные породы подразделяются на группы:

  1. ледяные образования, являющиеся практически мономинеральными породами — снег, фирн, льды ледников, ледяные покровы открытых акваторий, в том числе морские льды, а также наледи и подземные льды;

  2. мерзлые горные породы, содержащие лед как один из породообразующих минералов и представляющие собой полиминеральные геологические образования.

Ледяные образования, возникающие и содержащиеся в атмосфере, не могут быть отнесены к криогенным породам до тех пор, пока они не станут составной частью земной коры.

Существует еще одна группа криогенных образований, которая имеет большое практическое значение, однако по генетическим признакам ее отнести к криогенным породам все же нельзя. Это ледяные тела, возникающие при обледенении объектов и конструкций, созданных человеком: мачт, башен, линий электропередач, антенных систем, движущихся объектов (самолетов, судов и т. п.), а также образования, возникающие в результате

смерзания отбитой породы в рудоспусках рудников, расположенных в северных и высокогорных районах. Строение, состав и свойства этих образований в значительной степени вызваны дополнительными термодинамическими условиями, связанными с конструктивными особенностями, режимом работы, динамикой движения обмерзающих объектов и другими факторами, усложняющими процесс формирования криогенного образования. Эта группа криогенных образований представляет собой объект самостоятельных исследований [16, 69, 74].

Генезис и эволюция криогенных пород могут быть рассмотрены с позиций общих геолого-петрографических закономерностей формирования горных пород.

Так, среди мономинеральных ледяных образований можно выделить по аналогии с остальными горными породами следующие основные типы:

конжеляционные льды, образующиеся в результате замерзания воды и растворов, т. е. расплава НгО (аналог магматических пород);

«осадочные» льды, возникающие из парообразной и капель-ио-жидкой фаз — снег, град, иней.

метаморфические льды, например ледниковые.

Выполimages/elidrsvkriogendoc/нено значительное число работ, посвященных детальному геолого-петрографическому изучению и классификации ледяных образований. В первую очередь, это работы Б. П. Вейн-берга [12], П. А. Шумского [110, 111], Б. А. Савельева [68, 70] и др. Каждый из типов ледяных образований, выделенных по генетическому признаку, характеризуется своими структурно-текстурными особенностями, содержанием и распределением жидкой фазы, а следовательно, и физико-механическими свойствами при одинаковых термодинамических условиях. В пределах каждого типа выделяют ряд классов, видов и разновидностей льдов.

Вторая группа криогенных пород — мерзлые горные породы— представляет собой наиболее важный объект при решении многих горно-геологических и практических задач в районах с суровым климатом.

Н. А. Цытович дает следующее определение, которое является общепринятым в мерзлотоведении и его следует применять во всех прикладных науках:

«Мерзлыми породами, грунтами, почвами называются влаго-содержащие породы, грунты, почвы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть воды перешла в кристаллическое состояние» [107]. Мерзлые горные породы классифицируют по времени существования на сезонномерзлые и многолетнемерзлые («вечная мерзлота») и по их генезису. При этом выделяют следующие многолетнемерзлые породы:

сингенетические, т. е. накапливавшиеся и промерзавшие в одно геологическое время;

эпигенетические — промерзавшие после накопления и. формирования толщи пород.

С генетическими типами, литологией, условиями залегания и температурным режимом тесно связаны структурно-текстурные особенности мерзлой горной породы и ее фазовый состав, которые являются определяющими при изучении физико-механических свойств пород. Глубина промерзания их зависит от ряда условий, в том числе и от длительности охлаждения. Поэтому мощность сезонно-мерзлых пород обычно составляет всего десятки сантиметров или метры, а мощность многолетнемерзлых пород достигает сотен метров, возрастая с понижением среднегодовых температур.

Сезонномерзлые породы обычно представляют собой непрерывные по вертикали слои, верхняя поверхность которых совпадает с земной поверхностью.

Слой у поверхности Земли, который летом оттаивает, а зимой промерзает, часто называют деятельным слоем.

Верхняя граница многолетнемерзлых пород может находиться на различной глубине в зависимости от интенсивности сезонного и многолетнего оттаивания. В связи с этим выделяют сливающиеся и несливающиеся многолетнемерзлых толщи. В последнем случае верхняя граница мерзлой толщи залегает ниже подошвы слоя сезонного оттаивания и промерзания. Встречаются также слоистые многолетнемерзлые толщи* разделенные прослоями талых пород (например, в Прибайкалье).

Следует отметить, что непрерывность мерзлых толщ по простиранию (зона сплошной мерзлоты) наблюдается только в самых северных районах (рис. 1), но и там под большими реками, озерами и в местах усиленной циркуляции подземных вод имеются участки со сквозным протаиванием — талики. Встречается много таликов и не гидрогенного происхождения, например, на водоразделах и склонах гор южной экспозиции, в карстовых массивах, в местах устойчивых снежных надувов, под ледниками и т. д.

Известны талики, приуроченные к участкам возгорания углей и к сульфидным месторождениям, образовавшиеся за счет тепла экзотермических реакций окисления, сквозные и замкнутые талики, причем последние могут иметь как многолетнемерзлую подошву, так и кровлю. Естественно, что количество и площадь таликов возрастают в направлении к южной границе распространения многолетнемерзлых пород (см. рис. 1), при этом постепенно наблюдается переход от зоны сплошной мерзлоты к прерывистой, а затем к зоне островной мерзлоты, т. е. к наличию отдельных мерзлых массивов — островов среди талых пород. Последнее в определенной мере осложняет установление южной границы многолетнемерзлых пород. Распространение многолетнемерзлых пород происходит в определенной

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Рис. 1. Схематическая мерзлотная карта СССР (составлена В. А. Кудрявцевым и К. А. Кондратьевой [22]):

1 — южная граница области распространения многолет немерзлых пород (температура пород на подошве слоя годовых колебаний равна 0°С); 2 — граница температурных 'зон многолетнемерзлых пород (Т — температура пород, °С); 3 —зона отдельных островов многолетнемерзлых пород максимальной мощностью до 25 м; 4 — зона несплошных многолетнемерзлых пород максимальной мощностью до 100 м; 5 —зона многолетнемерзлых пород с преобладанием мощности 100—200 м; 6 — то же, мощностью 200—300 м; 7 —тоже, мощностью 300—400 м; 8 — то же (вместе с зоной охлаждения), мощностью 4С0—500 м; 9 — то же, мощностью более 500 м; 10 — участки распространения многолетнемерзлых пород (вместе с зоной охлаждения) мощностью более 500 м широтной и высотной зональности [22, 49, 50]. Мощность много-летнемерзлой толщи в северных районах достигает 500—700 м,. возрастая в отдельных местах до 1000—1300 м, например, в районе хребта Удокан в Прибайкалье.

Однако мощность мерзлой толщи не всегда совпадает с мощностью зоны отрицательных температур в верхней части земной, коры и может быть меньше последней на десятки и сотни метров, если имеются породы, насыщенные минерализованными водами. В этих случаях под мерзлой толщей залегают так называемые криопеги, т. е. влагонасыщенные породы не содержащие льда при отрицательной температуре. Температурное поле в: условиях мерзлой зоны часто находится в нестационарном состоянии, следствием чего является сильно растянутая геотермическая ступень. Установлено, например, что в районе г. Салехарда в интервале глубины 20—240 м температура мерзлой толщи понижается всего от —0,2 до —0,5° С. Таким образом, данные о распределении отрицательных температур по глубине не всегда позволяют определить мощность мерзлой толщи, что создает дополнительные сложности при изучении мерзлотно-геологичес-ких разрезов. Основные принципы и результаты мерзлотно-гео-логических исследований изложены в работах [12, 22, 49—52, 56, ПО и др.].

Формирование криогенных пород, многообразие их форм и: свойств, а также значительная изменчивость последних определяются главным образом условиями и кинетикой фазовых пере-ходов вода — лед как при возникновении криогенных образований, так и в процессе их эволюции. Поэтому прежде чем перейти к рассмотрению физических свойств криогенных пород, необходимо хотя бы кратко остановиться на особенностях этих фазовых переходов, а также на строении и составе криогенных пород,, формирующихся при определенных термодинамических условиях. Следует отметить, что этим вопросам посвящено значительное число работ, однако до настоящего времени многие стороны фазовых переходов в криогенных породах и льдообразования являются дискуссионными. Ниже приводятся некоторые обобщенные сведения с учетом новейших достижений экспериментальных и теоретических исследований, причем основное внимание уделяется качественной, физической стороне процессов и: явлений.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:3422 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:6484 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:3564 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Вибiр та експлуатацiйнi розрахунки пiдні…

Основним критерiєм для вибору пiднімального обладнання – вежi (щогли), пiднімача, талевої системи – є його вантажопiднімальнiсть. У процесi пiдземного ремонту на вежу (щоглу) дiють вертикальнi та горизонтальнi навантаження. Вибiр вежi (щогли)...

19-09-2011 Просмотров:4078 Підземний ремонт свердловин

Перекрестные сети из двух семейств нитей…

Перекрестные сети из двух семейств нитей Рассмотрим напряженное состояние некоторой непрерывной поверхности, образованной двумя семействами пересекающихся нитей, под воздействием произвольной нагрузки. Направление координатных осей X и У обычно принимают параллельным соответствующим направлениям...

20-09-2011 Просмотров:3854 Вантовые покрытия

Площадные излияния на платформах

Одной из сложнейших задач структурной вулканологии является изучение механизма излияний, охвативших за несколько десятков миллионов лет обширные территории континентов, ныне частично погруженные на дно океанов. Последнее обстоятельство особенно усложняет поставленную...

19-08-2010 Просмотров:5839 Структурная вулканология