Содержание органического вещества в мерзлых грунтах с

Содержание
Введение……………………………………………………………………………………...2
Глава 1. Современное состояние вопроса………………………………………………….3
Глава 2. Природа органического вещества в мерзлых горных породах…………………6
Глава 3. Методы определения
содержания органического вещества в мерзлых
породах…………………………...…………………………………………………………..11
Глава 4. Характеристика природных условий района исследований……………………13
4.1.Орогидрография………………………………………………………………….13
4.2. Растительность…………………………………………………………………..16
4.3. Геологическое строение………………………………………………………...18
Глава 5. Инженерно-геокриологические условия…………………………………………23
5.1. Распространение, мощность и температура многолетнемерзлых пород…….23
5.2. Состав, криогенное строение и льдистость многолетнемерзлых пород…….30
Глава 6. Содержание органического вещества в мерзлых горных породах исследуемого
района………………………………………………………………………………………...39
Заключение…………………………………………………………………………………..49
Список литературы………………………………………………………………………….51
1
Введение
Органическое вещество в мерзлых породах -
результат жизнедеятельности и
отмирания растительных и животных организмов. Оно может слагать как мощные слои
(торфяники), так и находиться в виде включений и примесей в дисперсных породах, и
участвует в формировании строения и свойств мерзлых пород. В отложениях
различных генетических типов содержание органического вещества различно.
Настоящая работа посвящена изучению содержания органического вещества в
мерзлых породах Большеземельской тундры на примере района трассы нефтепровода
Ю. Хыльчую – БРП Варандей.
Целью работы является определение содержания органического вещества в мерзлых
породах различного генезиса, возраста, состава и строения. Для достижения этой цели
были поставлены следующие задачи:
1. Изучить современное состояние вопроса о содержании органического вещества в
мерзлых породах и методах его исследования.
2. Описать состав и строение верхней части разреза криолитозоны, а также мерзлотные
условия исследуемого района
3. Выявить закономерности содержания органического вещества в мерзлых породах
различного генезиса, возраста, состава и строения.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.г.-м.н. А.В. Брушкову за
поддержку и помощь в работе. Особую благодарность автор также выражает
сотрудникам отдела инженерно-геокриологической съемки и ГИС-технологий д.г.-м.н.
Ф.М. Ривкину и к.г.-м.н. А.А. Поповой за предоставленные материалы и советы при
подготовке работы.
2
Глава 1. Современное состояние вопроса
Органическое вещество в мерзлых породах к настоящему времени изучено
недостаточно. Большое значение имеет изучение влияния органического вещества на
механические свойства мерзлых пород. Этот вопрос описывался Л.Т. Роман в таких
работах как «Физико-механические свойства мерзлых и торфяных грунтов»(1981) и
«Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений»(1987), а также В.И.
Аксеновым и С.Г. Геворкян и другими. Исследования влияния органического вещества
на механические свойства показали, что даже небольшое его содержание оказывает
существенное влияние на прочность мерзлого грунта.
В последние годы в связи с проблемой глобального потепления климата большое
количество работ было посвящено изучению выноса органического углерода в
арктические моря и его трансформации.
В работе И.Д. Стрелецкой, А.А. Васильева, М.З. Каневского, Б.Г. Ванштейна и Р.С.
Широкова «Органический углерод в четвертичных отложениях побережья Карского
моря» приводятся
данные о содержании органического углерода в прибрежных
отложениях Карского моря различного состава, генезиса и возраста.
Изучение и опробование разрезов четвертичных отложений на содержание
органического углерода проводилось в западном (м. Шпиндлер1, полярная станция
(п/с) Марре-Сале) и восточном (район г. Дудинка, урочище Красный Яр, п/с Сопочная
Карга, м. Шайтанский) секторах побережья Карского моря. Исследуемые отложения
преимущественно аллювиальные, морские, аллювиально-морские и гляциальноморские, представленные глинами, суглинками, супесями и песками. Проведенные
исследования
показали,
что
содержание
органического
пропорционально содержанию глинистых частиц (рис. 1.1).
3
углерода
в
породах
Рис.1.1. Зависимость содержания органического углерода (Сорг , %) от дисперсности в
средне- и верхнеплейстоценовых отложениях побережья Карского моря (И.Д.
Стрелецкая, А.А. Васильев и др., 2006)
На
рисунке
1.2
приведены
обобщенные
результаты
оценки
содержания
органического углерода в четвертичных отложениях на побережье Карского моря.
Условия накопления органического углерода в глинистых морских отложениях в
верхнем плейстоцене были более благоприятными по сравнению со средним
плейстоценом. В среднем плейстоцене условия накопления Сорг в западном и
восточном секторах Карского моря можно считать схожими. Наоборот, в верхнем
плейстоцене в западном секторе условия накопления Сорг были более благоприятными
по сравнению с восточным сектором (И.Д. Стрелецкая, А.А. Васильев и др., 2006).
4
Рис.1.2. Содержание органического углерода в четвертичных отложениях на
побережье Карского моря (И.Д. Стрелецкая, А.А. Васильев и др., 2006)
5
Глава 2. Природа органического вещества в мерзлых породах
Органическое вещество - результат жизнедеятельности и отмирания растительных
и животных организмов, оно может слагать как мощные слои (торфяники), так и
находиться в виде примесей в дисперсных породах. Особенности геохимической
обстановка криолитозоны,
низкие температуры, недостаточность обменных и
окислительных процессов способствуют преимущественной консервации растительных
и животных остатков. Их превращение в органические вещества происходит в
результате биологических и биохимических реакций и процессов и протекает в
криолитозоне
достаточно
медленно,
что
определяет
некоторые
особенности
формирования состава органических и органо-минеральных-соединений. Органическое
вещество участвует в круговороте углерода.
В целом, органическое вещество в мерзлых породах может находиться в виде
слаборазложившихся растительных и животных остатков, а также гумус, или перегной.
(Основы геокриологии, ч. 2, 1996). Гумус часто находится в поверхностном слое почвы.
Он придает ей темную окраску. Микроорганизмы перерабатывают гумус в
минеральные соли. Поэтому гумус служит своеобразным запасом минеральных солей в
почве. Чем больше гумуса, тем плодороднее почва. Мало гумуса в подзолистых почвах
и в пустынных сероземах (1-3%). Наиболее богаты гумусом черноземные почвы (712%).
Основатель отечественного почвоведения В.В. Докучаев считал черноземы главным
богатством страны и называл чернозем «царем почв».
Основную и наиболее важную роль в формировании органической составляющей
дисперсных пород играют органические гумусовые вещества, количество которых
может достигать 85-90% от общего количества органического вещества (Александрова,
1980). На основании отношения к различным растворителям в них выделяют две
основные группы – гуминовые кислоты и фульвокислоты.
Гуминовые кислоты по внешнему виду представляют коллоидное вещество черного
цвета, а по составу относятся к органическим кислотам, включающим водород,
кислород, азот и углерод. Гуминовая кислота имеет крупную молекулу, которая
обладает сложными химическими и физико-химическими свойствами. Для них
характерны две главные функциональные группы – карбоксильные и гидроксильные
группы, количество которых колеблется в широких пределах и зависит от
гумифицирующих остатков в стадии гумификации. Наличием этих групп определяется
прежде всего кислотность. Гуминовые кислоты обладают высокой емкостью обмена,
6
весьма гидрофильны и химически активны.
В составе дисперсных отложений
гуминовые кислоты взаимодействуют с поверхностью глинистых минералов как
нейтральные
молекулы, замещая воду в гидратной оболочке. Это приводит к
увеличению емкости обмена грунтов, улучшению влагообмена и льдообразованию при
промерзании. Большое значение как структурообразующий фактор имеет строение
гуминовых кислот. Под электронным микроскопом молекулы гуминовых кислот имеют
вид сферических частиц диаметром 80-100Ă губчатого строения с множеством
микропор. Этим в значительной мере определяются их сорбционные свойства,
водоудерживающая способность, склонность к образованию агрегатов. Указанные
особенности лежат в основе образования сферических агрегатов и кольцевых
образований в зоне чередующегося промерзания-протаивания. (Основы геокриологии,
ч. 2, 1996).
Низкие температуры и высокое переувлажнение в криолитозоне понижают
деятельность организмов и скорость химических реакций, поэтому состав гумусовых
веществ в криолитозоне имеет свои особенности. Это отражается в том, что
гумусообразование здесь завершается на менее зрелой стадии и приводит к
образованию преимущественно фульвокислот.
Фульвокислоты в естественном состоянии представляют собой
еще более
коллоидные соединения, чем гуминовые кислоты, а по составу – это органические
кислоты, относящиеся к группе оксикарбоновых кислот, отличающихся от гуминовых
более низким содержанием углерода, растворимостью в воде и минеральных кислотах
и более значительной способностью к кислотному гидролизу (Тюрин, 1965). В целом,
они имеют еще большую емкость обмена, подвижность и химическую активность.
Благодаря высокой кислотности фульвокислоты разрушающе действуют на минералы.
Они легко разлагают амфиболы, слюды, а также такие сравнительно устойчивые
минералы, как кварц, окислы железа и титана. Особенно активно действуют
фульвокислоты на глинистые минералы. По данным Г.С. Зверевой и И.В. Игнатенко
(1983), водорастворимые органические вещества снимают с поверхности глинистых
минералов пленки гидроокислов железа и алюминия, выщелачивают такие элементы,
как Ca, Mg, Na, K, Fe, Si и другие, адсорбируют на внешней поверхности, а у
монтмориллонита и на внутренней, органические вещества.
Взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью приводит к образованию
органо-минеральных соединений. По И.Н. Антипову-Каратаеву, они включают в себя:
1. Соли низкомолекулярных органических кислот (ацетаты, оксалаты и др.
7
2.Соли гуминовых и фульвокислот (гуматы, фульваты),
3. Комплексные и внутрикомплексные соединения (хелаты),
4. Адсорбционные органо-минеральные («аргиллиты»).
Органическое
вещество
в
грунтах
криолитозоны
играет
важную
роль
в
формировании их тиксотропных свойств. Поверхность крупных частиц, обволакиваясь
пленками органических и аморфных веществ, становится достаточно гидрофильной и
способной к сцеплению между собой. Действуя вместе, глинистые минералы,
аморфные
и
органические
вещества
создают
рыхлую
сетку,
связывающую
значительное количество воды. При механических воздействиях этот каркас
разрушается, а при снятии нагрузок восстанавливается.
По распространению органическое вещество можно разделить на три группы:
рассеянное, локальное и региональное. Рассеянное органическое вещество содержится
в грунтах в виде тонких фракций, поверхностных «пленок» вокруг частиц и
распределено во всей толще грунта равномерно. Наиболее богаты органическим
веществом
отложения
лагун,
лиманов,
стариц,
болот
и
озер.
Локально
распространенное органическое вещество приурочено к определенным фациям
(например, старичным, болотным и др.) и образует локальные скопления органики в
грунтах (Грунтоведение, 2005). Характерные примеры локально распространенного
органического вещества – пласты углей, торфов или сапропелей. Регионально
распространенное органическое вещество приурочено к регионам, в пределах которых
в определенную геологическую эпоху происходило интенсивное продуцирование и
захоронение живого вещества. Характерный пример – торфяные отложения обширных
заболоченных территорий центральной и северной частей Западной Сибири.
Примером регионального распространения гумуса в грунтах является его содержание в
различных типах почв, которое зависит от климатических условий (рис. 2.1).
8
Рис.2.1. Содержание гумуса в почвах до глубины 1,2 м (а) и климатические условия
основных почвенных типов (б); I – количество осадков, II – температура (по И.В.
Тюрину и др., 1963)
В криолитозоне широко распространены торфяные породы, образующиеся при
отмирании
и
разложении
болотной
растительности
в
условиях избыточного
увлажнения и недостатка кислорода. Сухое вещество торфа состоит из гумуса,
неразложившихся растительных остатков и минеральных включений песка, пыли и
глины. Поэтому торф можно рассматривать как систему, состоящую их органической и
минеральной частей и воды, причем содержание воды по весу может доходить до 8595%, а в сухой части минеральный остаток может достигать половины веса. Свойства
торфов зависят прежде всего не от его ботанического состава, а от степени разложения.
Степень разложения (R, %) показывает содержание в торфе аморфного вещества,
состоящего из продуктов разложения исходной растительной массы и мельчайших
обрывков его тканей. По степени разложения выделяются слаборазложившиеся (R = 520%), средне-, хорошо- и сильноразложившийся (R = 40 %) торф.
Особенности состава торфов проявляются в криолитозоне благодаря двум важным
особенностям. Первая из них – теплофизические свойства торфов, и прежде всего
теплопроводность. Теплопроводность торфов при положительных температурах 0,4-0,5
Вт/м·К, а в мерзлом состоянии увеличивается в 1,5-2 раза. Это приводит к
интенсивному льдонакоплению в торфах и оторфованных грунтах. Вторая особенность
состоит в том, что органические молекулы составляющих торф веществ имеют
свободные водородные связи, аналогичные связям в молекуле воды. Поэтому в торфах
9
и оторфованных грунтах преобладает поровый и базальный лед – цемент, а
агрегационное льдовыделение приурочено к прослойкам песка или глины.
Обычно выделяют низинные и верховые торфа, различающиеся по положению в
рельефе, увлажненности, составу растительной массы. Низинные болота формируются
в пониженных участках рельефа, слабодренируемых и поэтому более влажных
условиях, содержат больше гумусовых веществ, им свойственна большая зональность и
менее кислая среда.
Заболачивание, разложение растительных и животных организмов способствуют
образованию как углекислого газа, так и различных газов водородного состава: метана
СН4 , сероводорода H2S и др. Эти газы при промерзании могут захватываться льдом и
образовывать включения в виде пузырьков размером от десятых долей до одного
миллиметра в поперечнике (Основы геокриологии, ч. 2, 1996).
10
Глава 3. Методы определения содержания органического вещества в мерзлых
породах
Методы определения содержания органического вещества в мерзлых породах
ориентированы в основном на два нормативных и методических документа: ГОСТ
23740-79 «Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических
веществ» и ГОСТ 26213-91 «Почвы. Методы определения органического вещества».
Методы, входящие в эти документы:
1.
Метод определения растительных остатков
2.
Оксидометрический метод
3.
Метод сухого сжигания
4.
Определение органического вещества по методу Тюрина в модификации
ЦИНАО
5.
Гравиметрический метод определения массовой доли органического
вещества в торфяных и оторфованных горизонтах почв
Определение относительно содержания органического вещества проводилось в
соответствии с ГОСТ 26213-91, гравиметрическим методом. Метод основан на потере
массы грунта после прокаливании в муфельной печи при температуре +525°С. Для
испытаний грунт предварительно высушивается, растирается, просеивается через сито
диаметром 0,1 мм. Затем методом квартования отбирается проба грунта массой около
2г в фарфоровый тигль известной массы. Тигль с грунтом взвешивается на
электронных весах с точностью до 0,0001, данные заносятся в рабочий журнал. Затем
грунт помещается в муфельную печь на 1 час. Параллельно отбирается проба на
определение гигроскопической влажности в стеклянный бюкс известной массы,
взвешивается на электронных весах с точностью до 0,0001. Бюкс помещается в
сушильный шкаф на 3 часа при температуре 105°С, для торфов 80°С. Спустя заданное
время, грунт достается из муфельной печи и помещается в эксикатор. После остывания
сухой грунт взвешивается. Рассчитывается гигроскопическая влажность по формуле:
𝑊𝑔 =
𝑚вл.гр.+б −𝑚сух.гр.+б
𝑚сух.гр.+б −𝑚б
,
Где 𝑚вл.гр.+б – масса влажного грунта с бюксом (г); 𝑚сух.гр.+б – масса сухого грунта с
бюксом (г); 𝑚 б – масса бюкса (г); 𝑊𝑔 – гигроскопическая влажность (д.е.).
11
Далее рассчитывается масса органического вещества в пробе грунта (𝑚орг. ):
𝑚орг. =
𝑚т+вл. −𝑚т
1+ 𝑊𝑔 (д.е.)
- (𝑚т+сух − 𝑚т ),
где 𝑚т+вл. – масса влажного грунта с тиглем (г), 𝑚т – масса тигля (г), 𝑚т+сух – масса
сухого грунта с тиглем (г).
Относительное содержание органического вещества в грунте ( 𝐼𝑟 ) рассчитывается по
формуле:
𝐼𝑟 =
𝑚орг.
𝑚т+вл. −𝑚т
1+ 𝑊𝑔 (д.е.)
12
(д.е.)
Глава 4. Характеристика природных условий района исследований
4.1. Орогидрография
Исследуемая территория трассы нефтепровода протягивается с юго-запада на
северо-восток по северной окраине Большеземельской тундры.
Западный участок трассы (0-14 км) проходит по заозеренной, заболоченной,
пересеченной множеством небольших рек, равнинной поверхности III морской
террасы. Абсолютные отметки на данном участке трассы составляют
40-50 м.
Наиболее крупная река, пересекающая этот участок – р.Хыльчую (среднее течение) имеет ширину 20-100 м, глубину до 2 м, скорость течения 0,3-0,6 м/сек. Русло реки
сильно меандрирует. Первая надпойменная терраса развита здесь фрагментарно.
Пойма широкая, заболоченная, пересечена протоками и старицами. Берега реки
преимущественно низкие, пологие и заболоченные, реже крутые и обрывистые,
высотой от 2 до 20 м. Озера на данном участке трассы небольшие, их площадь от 0,2 до
1,5 кв.км (отдельные до 6 кв.км), обычно соединены протоками. Берега озер, как
правило, низкие и пологие, часто заболоченные, реже встречаются обрывистые берега
высотой
2-5
м.
Большая
часть
озер имеет
термокарстовое
происхождение.
Значительные площади занимают болота, преимущественно моховые, кочковатые, с
мочажинами (Рис.4.1.1).
13
Рис.
4.1.1.
Типичный
ландшафт
на
III
аллювиально-морской
террасе
(Инженерно-геокриологические исследования…, 2003)
Рис.4.1.2. Долина ручья в седловине V ледово-морской равнины (Инженерногеокриологические исследования…, 2003)
Центральная часть трассы (14-119 км) проходит по поверхности IV озерноаллювиальной равнины (абс.отм. 60-100 м), V ледово-морской равнины (абс. отм. 100 м
и более) и III аллювиально-морской террасы (абс.отм. 30-50 м).
Для данного участка трассы характерен холмисто грядовый рельеф. Цепочки
холмов и гряды вытянуты в различных направлениях. Склоны холмов и гряд пологие
(5-10о), вершины и гребни плоские. Низины, разделяющие возвышенности, обычно
изобилуют озерами, часто заболочены. Долины рек и ручев, преимущественно узкие,
склоны их крутые (до15-25о) (Рис.4.1.2).
Самая
крупная
река,
пересекающая
данную
территорию
-
р.Черная,
принадлежащая бассейну Баренцева моря. Ширина реки от 50 до 175 м, глубина 0,7-2
м, скорость течения 0,3-0,6 м/сек. Берега реки преимущественно высокие, крутые,
нередко обрывистые, высотой 6-10 м. Более мелкие реки – р. Хыльчаю, Мал. и Бол.
Хэхэганьяха, Кобыла Яха, Пярцеръяха и др. - имеют ширину до 20 м, глубину 0,5-1,5 м.
Берега рек преимущественно крутые, высотой 5-10 м; поймы развиты фрагментарно.
Озера небольшие – площадью от 0,2 до 1,5 кв.км, редко до 5 кв.км, обычно соединены
14
протоками. Берега озер, как правило, низкие и пологие, часто заболоченные; отдельные
крупные озера имеют крутые и высокие берега (от 2-5 до 10-15 м). Болота
преимущественно моховые, кочковатые; часто встречаются хасыреи (Инженерногеокриологические исследования…, 2003).
Рис.
4.1.3.
Лайда
в
районе
БРП
Варандей
(Инженерно-геокриологические
исследования…, 2003)
Северо-восточный участок трассы (119 - 152 км) имеет ступенчатое строение,
понижается к северу, к побережью Баренцева моря, серией морских террас: II морская
терраса (абс. отм. 15-30 м); I морская терраса (абс.отм. 3-15 м); лайда (абс. отм. 0,5-3 м).
Ровная поверхность территории расчленена множеством неглубоких речек и озер, а
также осложнена котловинами диаметром 0,5 - 4 км. Озера находятся в различной
стадии зарастания или спуска. Территория сильно заболочена, болота приурочены к
котловинам спущенных или заросших озер, часто окаймлены сглаженным береговым
уступом высотой до 1,5 м. На заболоченных участках равнины встречаются
полигональные торфяники, мощность торфа до 1,5 м. Местами над плоской равниной
возвышаются невысокие (4-10 м) холмы с уплощенными вершинами и пологими (до
3о) склонами. Лайда изрезана ручьями и протоками (Рис.4.1.3).
15
Рис. 4.1.4. II морская терраса (Инженерно-геокриологические исследования…, 2003)
4.2. Растительность
Большая
часть
трассы
нефтепровода
проходит
в
подзоне
южных
(кустарниковых) тундр, только крайняя северо-восточная часть трассы находится в
пределах полосы северных тундр (Растительность Европейской части СССР, 1980).
Главенствующую роль в растительных сообществах тундр играют бескорневые
споровые растения - мхи и лишайники, которые формируют напочвенный покров.
Чаще всего он имеет вид плотного ковра, подушки, которая является тепло- и
влагоизолирующей прослойкой, регулирующей фитоклимат почвенно-растительного
покрова. Повсеместному распространению мхов и лишайников, отличающихся
небольшими размерами и отсутствием корней, благоприятствует их приуроченность к
приземному напочвенному ярусу, где они находят, как правило, необходимое снежное
укрытие даже в экстремальных условиях.
Сосудистые растения - травы, кустарнички, кустарники - повышают свое
влияние в сообществах с севера на юг, хотя главенствующей экобиоформой так и не
16
становятся.
Для
растительности
тундр
характерна
низкая
биологическая
продуктивность. Тундровые растения являются криофилами, приспособленными к
краткому и прохладному вегетационному периоду и низкой температуре почв.
Особенностью вертикальной структуры тундровых сообществ является их
малоярусность. Наиболее сложное ярусное расчленение имеют кустарничковые
сообщества, в которых морфологически хорошо представлены 3 яруса: кустарниковый,
травяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый. Высота и степень развития каждого
яруса зависят от всего комплекса физико-географических условий, из которых особую
роль играет снежный покров.
Особенность
устойчивых
северной
растительных
растительности
ассоциаций.
–
комплексность,
Каждому
элементу
образование
микрорельефа
соответствуют определенные группы растительности, закономерно связанные друг с
другом.
Тундры характеризуются относительно богатым флористическим составом и
довольно большим разнообразием травянистых растений. Ярусное расчленение
сообществ выражено не четко. Различаются 3 яруса: верхний (высотой до10 – 15см,
иногда более), образованный травянистыми растениями, средний (5 – 10 см),
сложенный кустарничками, и напочвенный (до 5 см), состоящий из мхов и
лишайников, дающих до 90% покрытия и более. Некоторые стелющиеся кустарнички
(ивы полярная и монетовидная, водяника) нередко находятся в одном ярусе с мхами и
лишайниками.
Необычайная неоднородность горизонтального сложения – мозаичность – является
отличительной чертой растительных сообществ тундры. В формировании мозаичности
сообществ определенную роль играет жизнедеятельность самих растений, особенности
их роста и развития, а также воздействие животных. Но важнейшее значение имеют
абиотические факторы, поскольку высокая активность криогенных процессов приводит
к образованию различных форм нанорельефа и создает большое разнообразие
микроэкотопов. Такие повсеместные явления в тундре, как морозное растрескивание
грунтов, криогенная сортировка камней и мелкозема, пятнообразование, снежная и
ветровая эрозия, солифлюкция, пучение и т.д. нарушают целостность и стабильность
растительной дернины и способствуют горизонтальному расчленению внутри
сообществ. Небольшие по размерам тундровые растения с относительно ограниченной
сферой воздействия мало нивелируют вызываемую абиотическими факторами
неоднородность среды.
17
Развитие различных форм нанорельефа, а также господство растений тех или иных
жизненных форм и обусловленного этим характера горизонтального сложения
сообществ позволяет выделять различные типы ландшафтов, на основе которых нами
было выполнено ландшафтное районирование коридора трассы нефтепровода.
Растительность
моховыми,
тундр
представлена
кустарничково-лишайниковыми
травяно-моховыми,
и
кустарничково-
редкоивняковыми
сообществами,
образующими разнообразные пространственные комбинации, постоянным элементом
которых являются травяно-гипновые болота.
Растительность водоразделов в более возвышенных и расчлененных частях
представлена в основном кустарниковыми (ивняково-ерниковыми) тундрами с
кустарничково-моховым и кустарничково-лишайниковым покровом в сочетании с
торфяными комплексными плоскобугристыми и грядово-мочажинными болотами. При
этом
кустаричково-мохово-лишайниковые
тундры
более
характерны
для
слабонаклонных минеральных поверхностей, плоские же участки днищ эрозионнотермокарстовых ложбин заняты болотами. Повсеместно водоразделы прорезают
небольшие безрусловые ложбины стока или долинки ручейков, образующие густую
сеть, занятые травяно-моховыми тальниками (зарослями кустарниковых ив высотой 1,5
– 2,5 м).
На
плоской
заозеренной
сильно
оторфованной
багульниково-кустарничково-мохово-лишайниковые
берегам
озер
развиты
травяно-моховые
равнине
доминируют
тундры. По ручьям и низким
тальники.
Котловины
зарастающих
термокарстовых озер заняты болотами, характерны кустарниковые формации.
Для поверхности лайды характерны засоленные злаково-осоковые луга, на
кочках – карликовая ива, в понижениях – пушица, осока, злаковое разнотравье. На
наиболее сниженных участках низкой лайды растительность отсутствует (Инженерногеокриологические исследования…, 2003).
4.3. Геологическое строение
Обширное пространство между Тиманом и Уралом занимает Печорская
низменность, которой в структурном плане соответствует Печорская синеклиза,
отрицательная структура первого порядка. Складчатый фундамент Печорской
18
синеклизы образован метаморфизованными вулканогенно-осадочными породами
позднепротерозойского (рифейского) возраста и залегает в районе исследований на
больших глубинах
- 4 - 6 км. Фундамент синеклизы имеет сложный рельеф,
характеризующийся чередованием приподнятых и опущенных структур разных
порядков. Печеро-Малоземельский вал делит ее на две структуры второго порядка:
юго-западную – Ижма-Печорскую впадину и северо-восточную – Большеземельскую,
по северной оконечности которой проходит исследованная трасса. Эти впадины, в свою
очередь, осложнены более мелкими структурами. Фундамент перекрыт мощной толщей
палеозойских и мезозойских карбонатных и терригенных пород, скрытых на большей
части синеклизы под 300-400-метровым чехлом неоген-четвертичных отложений.
В осадочном чехле отчетливо выделяются два структурных яруса:
- нижний - образован относительно слабо дислоцированными палеозойскими и
триасовыми отложениями. Наиболее древними являются девонские песчаники,
алевролиты, крайне невыдержанные по мощности;
- верхний - сложен юрскими, нижнемеловыми и кайнозойскими образованиями,
залегающими практически горизонтально.
Между этими ярусами отмечается региональный размыв и угловое несогласие.
Палеозойские
и
мезозойские
породы
осадочного
чехла
характеризуются
изменчивостью по мощности - вплоть до выпадения из разреза ряда горизонтов - и
невыдержанностью литологического состава. Среди этих отложений встречаются
известняки, терригенно-карбонатные, хемогенно-карбонатные породы карбона и
перми, пестроцветные алевролито-глинистые отложения с прослоями песчаников,
глинистых известняков и мергелей триаса. На них с размывом залегают, чередующиеся
между собой в разрезе и фациально замещающиеся: кварцево-слюдистые песчаники,
известковистые полимиктовые песчаники, алевриты, алевролиты, глины, глины с
глауконитом юрского и мелового возраста.
С поверхности до глубины максимум 400 м залегают кайнозойские породы
(четвертичные и нерасчлененные неоген-четвертичные), представленные морскими,
ледово-морскими,
озерными,
аллювиальными,
биогенными,
элювиально-
делювиальными отложениями.
Покров
неоген-четвертичных
отложений
характеризуется
сложным
по
строением. В понижениях кровли дочетвертичного рельефа залегают осадки
колвинской и падимейской свит (N2-Q). Представлены они алевритами, глинами и
песками с комплексом морской микрофауны. В средней части падимейской свиты
встречаются валунные суглинки ледниково-морского происхождения, относящиеся к
19
окскому ледниковью. Отложения этих двух свит в пределах Печорской синеклизы
повсеместно перекрыты мощной (до 150м) толщей мореноподобных отложений
среднего плейстоцена, выделяемых в роговскую свиту (gm IIII2-4). Состав пород
преимущественно глинисто-суглинистый, с включениями гравия, гальки и валунов, с
прослоями и отдельными линзами мелких песков и супесей. Исследователи,
разделяющие точку зрения о морском происхождении большей части разреза
четвертичных отложений (А. И. Попов, В. С. Зархидзе, Р. Б. Крапивнер, И. Д. Данилов
и др.), считают, что накопление осадков роговской свиты происходило в условиях
трансгрессии полярного бассейна. Вместе с тем, многие исследователи (С. А. Яковлев,
А. С. Лавров, В. И. Астахов и др.) в составе роговской свиты выделяют два ледниковых
горизонта соответственно днепровского и московского оледенений, разделенные
морскими межледниковыми слоями одинцовского возраста. Отложения верхней части
роговской свиты слагают наиболее высокие водораздельные поверхности (мусюры и
мыльки). Особенности состава и строения верхов роговской свиты в районе
исследований состоят в присутствии значительно большего количества валунного
материала, чем в нижележащей толще осадков, и в более крупнодисперсном составе
отложений. Так валунные суглинки перемежаются линзами и прослоями песка.
Встречаются участки, где большая часть разреза водораздельной поверхности сложена
мелкозернистыми песками, постепенно фациально замещающимися суглинками.
Рассматриваемые отложения трактуются приверженцами «ледниковой» теории как
верхняя морена и водно-ледниковые осадки. По другим воззрениям (А. И. Попов, Н. Г.
Оберман, И. Д. Данилов), которых мы и будем придерживаться, рассматриваемые
отложения являются прибрежными ледово-морскими стадии регрессии моря (Рис.
4.3.1).
Вне мусюров и мыльков на водораздельных поверхностях залегают озерноаллювиальные отложения верхнеплейстоценового возраста (la III1). Они в районе
исследований имеют мощность от 5 до 15 и более метров и залегают на отложениях
роговской свиты. Разрез озерно-аллювиальных отложений следующий: залегающие с
поверхности легкие суглинки и супеси подстилаются супесями пылеватыми, серыми с
включениями гальки и
гравия, и песками мелкозернистыми пылеватыми серыми,
содержащими валуны и гальку; на границе с роговской свитой залегает горизонт
гравийно-галечниковых отложений с суглинистым заполнителем.
Верхнеплейстоцен-голоценовые
морские
отложения
слагают
серии
последовательно снижающихся к морю террас и террасовидных уровней. Морские
20
отложения третьей террасы (m III2-3) представлены суглинками с прослоями песка,
мощность составляет 30 - 50 метров. Вторая (m III3-4), первая (am, pm III-IV) террасы и
лайда (m, am IV) сложены чередующимися пачками песков и суглинков аллювиальноморского, лагунно-морского и прибрежно-морского генезиса, мощностью 2 – 5м.
В долинах рек выделяются два террасовых уровня – первой (a III-IV) и второй (a
III3-4) надпойменных террас преимущественно песчаного состава с прослоями
гравийно-галечниковых отложений.
На водоразделах, слагаемых с поверхности супесчано-глинистыми грунтами,
верхняя часть отложений преобразована в покровные (элювиальные и элювиальноделювиальные) суглинки и супеси (е, ed III-IV) желтовато-коричневого или
коричневато-серого цвета, с включениями растительного детрита. В пределах озерных
котловин и хасыреев имеют распространение озерные отложения (l III4-IV)
верхнеплейстоцен-голоценового возраста – заторфованные суглинки и супеси.
Рис 4.3.1. Схематический разрез верхнекайнозойских отложений Печорской
низменности (Данилов, 1978).
1 - приповерхностные валунные суглинки бурого цвета; 2 – темно-серые валунные
суглинки и глины; 3 – глины; 4 – ленточные глины в толще темно-серых валунных
суглинков; 5 – ленточные глины в долинах рек; 6 – алевриты; 7 – супеси; 8 – пески
горизонтально-слоистые; 9 – песчано-гравийные отложения; 10 – галечники; 11 –
остатки морской фауны; 12 – коренные породы
21
Биогенные отложения (b III-IV) – торф - распространены на водораздельных
поверхностях и приурочены к плосковыпуклым участкам различной степени
дренированности, сниженным заболоченным поверхностям и хасыреям. Торф - от
слабо до хорошо разложившегося, мощность его варьирует от 0,2 – 0,6 м на
водораздельных минеральных оторфованных поверхностях до 3,5 м в пределах
крупных торфяных массивов (Инженерно-геокриологические исследования…, 2003).
22
Глава 5. Инженерно-геокриологические условия
5.1. Распространение, мощность и температура многолетнемерзлых пород
Трасса нефтепровода Южно-Хыльчую – БРП Варандей проходит в зонах
сплошного (>80%) и прерывистого (50-80%) распространения многолетнемерзлых
пород (Геокриологическая карта СССР, 1991). Следует отметить, что прерывистость
распространения многолетнемерзлых пород (ММП) обусловлена наличием не только
сквозных и несквозных таликов, но и распространением засоленных охлажденных
грунтов на лайде и I морской террасе. В целом мощность мерзлой толщи составляет от
50 до 200 м. Среднегодовая температура грунтов изменяется в диапазоне от +1 до –4
О
С.
В полевой период проводилась крупномасштабная (1:2000) ландшафтная съемка
с
попикетным
описанием
электропрофилирование),
распространения
мерзлых
трассы;
геофизические
позволяющие
и
талых
исследования
определять
пород;
бурение
(непрерывное
вертикальные
скважин,
границы
лабораторные
исследования образцов грунта и измерения температур пород на ключевых участках и
по оси трассы. Эти детальные инженерно-геокриологические исследования позволили
охарактеризовать особенности распространения ММП их среднегодовую температуру с
учетом региональных факторов: состава и свойств грунтов, рельефа и микрорельефа,
растительного покрова, условий снегонакопления, дренированности поверхности.
Анализ полученных результатов позволил выделить следующие градации
распространения ММП и их средних годовых температур (t0):
 сплошное (с поверхности) – мерзлые породы мощностью более 10-12 м развиты
повсеместно под слоем сезонного оттаивания. Среднегодовая температура грунтов
изменяется в диапазоне –0,2  –4,5 ОС;
 кровля ММП заглублена на 2-3 м. Среднегодовая температура грунтов изменяется в
диапазоне +0,2  –2,0 ОС;
 кровля ММП заглублена на 3-5 м. Температура грунтов (t0) изменяется в диапазоне:
+0,2  –0,8 ОС;
 кровля ММП заглублена на 5-10 м. Среднегодовая температура грунтов изменяется в
диапазоне +0,2  –0,8 ОС;
23
 формирование перелетков мерзлых пород мощностью 1-3 м на фоне заглубленной
кровли ММП или талых пород. Среднегодовая температура грунтов изменяется в
диапазоне +0,2  –0,8 ОС;
 мерзлые породы отсутствуют до глубины 15 м. Среднегодовая температура грунтов
выше 0 ОС (Инженерно-геокриологические исследования…, 2003).
По особенностям распространения ММП и среднегодовой температуре грунтов
трасса нефтепровода условно разделяется на 3 части.
1.
Юго-западная
часть
трассы
(0-20
км)
ММП
имеют
сплошное
распространение, характерны несквозные талики, занимающие до 40% площади
коридора трассы. Среднегодовые температуры грунтов составляют +0,2  –2,0
Наиболее низкие температуры грунта (–1,0  –2,0
О
С.
О
С) наблюдаются на плоских и
плоско-бугристых торфяниках, где мощность торфа превышает 1 м. Для плосковыпуклых минеральных и заторфованных поверхностей с низкорослой кустарничковомохово-лишайниковой растительностью характерны температуры грунта около –1 ОС.
Сплошность мерзлых пород на данном отрезке нарушается несквозными
радиационно-тепловыми таликами. В понижениях рельефа (в пределах заболоченных
депрессий, долин ручьев, у подножья склонов) прослеживается заглубление кровли
ММП на глубину 2-3 м, что обусловлено большим снегонакоплением в зимний период.
Среднегодовая температура грунтов составляет –0,5  –1,0
О
С. В полосах стока
мощность таликов во многом определяется шириной полосы стока:
 при ширине полосы стока менее 20 м кровля ММП заглублена на 2-3 м;
 при ширине полосы стока от 20 до 100 м мощность талика увеличивается до 3-5 м;
 при ширине полосы стока превышающей 100 м мощность талых грунтов может
составлять более 5 м.
На температуру грунтов существенное влияние оказывает высота кустарника,
который способствует увеличению мощности снежного покрова в зимний период.
Фактически высота снежного покрова в полосах стока регламентируется высотой
кустарника и составляет 80-90% от высоты кустов. Снежный покров не однороден по
своей структуре, часто имеет воздушные полости, которые преумножают отепляющий
эффект снежного покрова. В полосах стока, где высота ивы превышает 1 м,
температура грунтов близка к нулю.
Кроме радиационно-тепловых, распространены несквозные гидрогенные талики
под озерами, руслами рек и ручьев. Мощность талых пород здесь составляет 5-10 и
более метров. Сквозные талики распространены лишь под крупными озерами и реками.
24
Долина реки Хыльчую сложена преимущественно талыми грунтами. В пределах
открытых тундровых участков на аллювиальных террасах возможно формирование
перелетков и новообразований ММП.
2. Центральная часть трассы (20-127 км) также как и юго-западная,
характеризуется сплошным распространением ММП, но среднегодовые температуры
грунтов значительно ниже - от –2,0 до –4,5
О
С. Несквозные и сквозные талики
занимают не более 30% площади коридора трассы. Наиболее часто встречаются
участки со среднегодовой температурой грунтов –1,5  –3 ОС. Это плоско-выпуклые
поверхности IV озерно-аллювиальной равнины, III аллювиально-морской и II морской
террас с кочковатым микрорельефом, сложенные минеральными и заторфованными
грунтами.
Такие
водораздельных
же
температуры
холмов
и
гряд,
зафиксированы
сложенных
на
поверхностях
ледово-морскими
отложениями. Наиболее низкая температура грунта (–3,0  –4,5
высоких
(роговскими)
О
С) отмечена в
пределах плоских и выпукло-бугристых полигональных торфяников с мощностью
торфа более 1,5 м. На склоновых участках с низкорослой кустарничково-моховолишайниковой растительностью, где мощность снега не превышает 0,5-0,7 м,
температура грунтов изменяется от –1,0 до –3,0 ОС. Такая же температура характерна
для депрессий с полигонально-валиковыми болотами. На отдельных участках
полигонально-валиковых болот II морской террасы в нижней части разреза на глубине
10-12 м встречены засоленные грунты. Как правило, это мерзлые слабозасоленные
суглинки и глины. Среднегодовая температура грунтов при этом остается типичной для
подобных ландшафтов.
В узких (до 50 м) полосах стока, на склонах с кустарниковой растительностью и
у их подножий, где мощность снежного покрова не менее до 1 м, температура грунтов
составляет +0,2  –1,0 ОС, а кровля ММП заглублена до 3-5 м. В широких (>50 м)
полосах стока с густым и высоким кустарником формируются несквозные талики
мощностью 5-10 м и более. В пределах обширных хасыреев также наблюдается
заглубление кровли мерзлых пород, на отдельных участках возможно формирование
перелетков и новообразований ММП мощностью 1-3 м, среднегодовая температура
грунтов составляет –0,5  –1,0 ОС. В хасыреях, где с поверхности залегают мерзлые
грунты мощностью более 10 м, среднегодовая температура грунтов варьирует от –1,0
до –2,0 ОС (Рис.5.1.1).
25
Рис 5.1.1. Хасырей на IV озерно-аллювиальной равнине (Инженерно-геокриологические
исследования…, 2003)
В локальных понижениях у подножий склонов и в полосах стока с разреженным
кустарником, на участках с крупнокочковатым микрорельефом (высота кочек 0,6-1,0 м,
диаметр до 1,5 м) распространены ММП, однако между кочками прослеживается
небольшое заглубление кровли мерзлых пород на 2-2,5 м. Температура грунтов
составляет –1,0  –1,5 ОС. На участках, где высота кустарника превышает 1 м, под
кочками образуются линзы ММП мощностью 2-3 м. Между кочками - грунты талые до
глубины 3-5 м. Температура грунтов изменяется от –0,2 до –0,8 ОС.
26
Рис 5.1.2. Крупнокочковатая кустарничково-мохово-лишайниковая тундра
(Инженерно-геокриологические исследования…, 2003)
Рис 5.1.3.
Разреженный ивняк на пологом склоне к озеру (Инженерно-
геокриологические исследования…, 2003)
27
Для полос стока и пологих склонов, заросших разреженным ивовым
кустарником (Рис. 5.1.2), характерна заглубленная кровля мерзлых пород на глубину
до 5-10 м, перелетки и новообразования ММП. В этом случае в верхних горизонтах
могут формироваться линзы ММП мощностью 2-3 м. В пределах небольших бугров
пучения в полосах стока (размеры бугров до 40-50 м в диаметре и до 1,5 м в высоту)
отмечается ММП «сливающегося» типа (Рис. 5.1.4) с температурой грунтов –0,6  –1,0
О
С.
Рис 5.1.4. Многолетний бугор пучения в полосе стока (Инженерногеокриологические исследования…, 2003)
Долины крупных рек имеют сложные геокриологические условиями. В долине
реки Хыльчуяха на третьей и второй надпойменных террасах представляющих собой
тундровые
участки,
сложенные
минеральными
и
заторфованными
грунтами,
распространены ММП с температурой -1  -3°С. На первой террасе, покрытой густой
кустарниковой растительностью, до глубины 12-15 м грунты талые. На участках с
луговой растительностью могут формироваться перелетки мерзлых пород мощностью
до 3 м. Под поймой и руслом реки – сквозной талик.
Сквозной талик приурочен также к р.Черной. На склонах долины с низкорослой
кустарничково-травяно-моховой
растительностью
28
распространены
ММП
со
среднегодовой температурой -1  -2°С. На отдельных участках склонов, где
произрастает ивовый кустарник, отмечается незначительное заглубление кровли ММП
до 2-3 м.
Вторые и первые надпойменные террасы рр. Пярцеръяха, Бол. Сыропензя и
Варкнивъяха представляют собой участки, сложенные мерзлыми грунтами с
температурой -1  -2°С. В тыловых частях надпойменных террас, для которых
характерны заросли ивняка, возможно незначительное заглубление кровли мерзлых
пород до 3 м. В пределах пойм и русел рек – грунты талые на глубину более 15 м.
3. Северо-восточная часть трассы (127-150 км) характеризуется среднегодовыми
температурами грунтов от 0 до -4ОС и наличием в разрезе мерзлой толщи засоленных
грунтов и криопэгов. Физические свойства охлажденных грунтов соответствуют
свойствам
талых
грунтов.
Этот
факт
позволяет
говорить
о
прерывистом
распространении мерзлых грунтов.
На I морской террасе многолетнемерзлые породы имеют преимущественно
сплошное распространение. Несквозные талики мощностью 5-10 м приурочены к
небольшим озерам и рекам. Наиболее низкие среднегодовые температуры грунтов –
от -2 до -4ОС – отмечаются на полигональных торфяниках и плоско-выпуклых
минеральных поверхностях. Наиболее высокие температуры – от -0,5 до -2ОС –
встречаются в обширных хасыреях, заболоченных полосах стока и долинах небольших
водотоков. На сниженных участках I морской террасы с глубины 4-7 м зафиксировано
наличие мерзлых слабозасоленных грунтов.
В пределах лайды практически все грунты засолены. На высокой лайде верхняя
часть грунтовой толщи до глубины 3-5 м сложена мерзлыми рассолеными грунтами и
местами перекрыта торфом. Нижняя часть разреза сложена засоленными грунтами с
отрицательной температурой (-1,5  -3ОС). В тыловых частях лайды у подножия
склонов морской террасы мощность мерзлых грунтов увеличивается до 10-15 м и
более, но в разрезе присутствуют криопэги. ММП в пределах низкой лайды имеет
прерывистое распространение. Верхняя часть разреза низкой лайды до глубины 3-6 м
сложена засоленными грунтами с положительной температурой. Ниже залегают
охлажденные или талые засоленные грунты с температурой до –0,5ОС. Под озерами и
руслами проток существуют талики, мощностью 10-15м, ниже, как правило, залегают
засоленные охлажденные в нижней части грунты (Инженерно-геокриологические
исследования…, 2003).
29
5.2. Состав, криогенное строение и льдистость многолетнемерзлых грунтов
Разрез инженерно-геологической толщи грунтов в полосе трассы Ю.Хыльчую –
БРП Варандей неоднороден вследствие значительной протяженности трассы.
На исследованной территории встречаются все генетические типы мерзлых
толщ: эпигенетические толщи – промерзание которых происходило по завершении
осадконакопления; сингенетические – промерзали в процессе накопления (на
исследуемую глубину) и, наиболее распространенные, полигенетические, состоящие из
верхнего (сингенетического) и нижнего (эпигенетического) горизонтов.
На протяжении трассы наблюдаются значительные различия в составе и
криогенном строении грунтов на различных геоморфологических уровнях.
Каждому геолого-генетическому типу отложений соответствует определенная
закономерность распределения по разрезу ледяных включений, величины суммарной
влажности (Wtot) и льдистости (Itot), льдистости за счет видимых включений льда (Ii),
величины относительной осадки грунтов при их оттаивании в зависимости от состава и
свойств грунтов.
Лайда
Типы разрезов мерзлых толщ на низкой лайде. Разрез в пределах этого уровня
достаточно однороден. С поверхности до глубины 4-8 м располагаются современные
аллювиально-морские отложения, представленные супесчаными илами, супесями,
песками. Ниже залегают валунные суглинки роговской свиты. В верхней части разреза
присутствуют перелетки мерзлых пород, в песчаных линзах в охлажденных грунтах
отмечаются отдельные тонкие шлиры льда. Мерзлые грунты льдистые, реже
слабольдистые; суммарная влажность Wtot от 25 до 65%. Криотекстура в перелетках
мерзлых грунтов как правило, слоисто-сетчатая, шлиры льда тонкие (1-2 мм
толщиной), расстояние между шлирами, в зависимости от литологического состава
грунтов – от 3-4 до 10-12 мм. Охлажденные грунты имеют близкие или несколько
меньшие
значения
влажности.
Отложения
роговской
свиты
на
этом
геоморфологическом уровне, находящиеся в охлажденном состоянии, практически не
имеют видимых включений льда вследствие низкой (до 20%) влажности.
Типы разрезов мерзлых толщ на высокой лайде. По литологическому составу и
криогенному строению выделяются 2 типа разрезов многолетнемерзлых грунтов:
30
1. Первый тип. С поверхности расположены пылеватые пески с большим количеством
включений растительного детрита и фрагментов погребенного дернового покрова.
Мощность песков составляет 3-11 м, подстилаются они валунными суглинками
роговской свиты. С поверхности до глубины 4-6 м практически повсеместно развиты
мерзлые незасоленные слабольдистые пески. Суммарная влажность их составляет, как
правило,
23-28%.
Ниже
могут
залегать
засоленные
охлажденные
или
пластичномерзлые пески с прослоями суглинка. Суммарная влажность этих отложений
составляет 25-30%; засоленность (Dsal) обычно находится в пределах 0,4-0,7%. Под
ними располагаются
валунные суглинки роговской свиты. Отложения плотные,
маловлажные, с прослоями мелкого песка в верхней части. Влажность 20-25%, грунты
засоленные, как правило, пластичномерзлые или охлажденные. Засоленность (Dsal), как
правило, находится в пределах 0,20-0,45, реже до 0,7%.
2. Второй тип. С поверхности располагается торфяной покров, мощностью до 0,5 м. Под
торфом залегают пылеватые пески с включениями растительного детрита, мощностью
2-3 м. Ниже находятся слабозасоленные и засоленные пылеватые пески с прослоями
суглинка. В основании разреза залегают валунные суглинки роговской свиты. Торф
верхней части разреза обычно плохо- или среднеразложившийся, высокозольный (по
ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»). Торф незасолен, находится в сезонноталом
слое. Суммарная влажность составляет 70-400%. Под торфом располагаются озерноаллювиальные пылеватые пески, в верхней части оторфованные. Грунт незасоленный,
мерзлый, криотекстура массивная с редкими тонкими (до 1 мм) шлирами льда. Пески с
прослоями суглинка, залегающие ниже, засолены и находятся в пластичномерзлом или
охлажденном состоянии.
Первая морская терраса
По характеру распределения льдистости и криогенному строению по вертикали
можно выделить 2 типа разрезов мерзлых грунтов.
1. Первый тип. Разрез ниже подошвы сезонно-талого слоя и до 1-3 м сложен мерзлым
торфом (bIV). Суммарная влажность (Wtot) его изменяется в широких пределах – 100 –
1000%, плотность грунта () – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф, как правило, высокозольный,
сильнольдистый, с атакситовой криотекстурой. Под торфом располагается горизонт
озерно-болотных верхнеплейстоцен-голоценовых оторфованных пылеватых песков
мощностью около 2-3 м. Пески в верхней части коричневато-серые, оторфованные, в
нижней части серые, желтовато-серые, с редкими включениями растительного детрита.
31
Суммарная влажность варьирует от 24 до 35%, постепенно уменьшаясь с глубиной,
плотность грунта – в пределах 1,71-1,84 г/см3. Ниже залегают льдистые серые
верхнеплейстоцен-голоценовые (аm III-IV) суглинки. Суглинки как правило, средние,
легкие, имеют суммарную влажность 30-40%, изменяющуюся по разразу ступенчато.
Льдистые, со слоистой или сетчатой криогенными текстурами. По разрезу они иногда
сменяются переслаиванием суглинков и супесей (по лабораторным определениям в
нарушенной структуре – легкие суглинки), как правило, также льдистыми,
криотекстура слоисто-сетчатая. Ниже, на глубине 7-11 м располагается горизонт
слабольдистых серых валунных суглинков роговской свиты (gm II2-4). Грунт имеет
суммарную влажность (Wtot) менее 20%, которая постепенно уменьшается с глубиной
плотность 1,98-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная.
Толщина ледяных шлиров, как правило, 5-10 мм, расстояние между шлирами 15-20 см.
Местами
роговские
отложения
пластичномерзлом состоянии. Пески
слабозасоленные
и
могут
находиться
в
и суглинки верхней части грунтовой толщи
промерзали сингенетически, нижней части - эпигенетически.
2. Второй тип. Распространен в пределах водораздельных минеральных поверхностей. В
верхней части разреза под слоем сезонного оттаивания располагаются пылеватые
пески (аm III-IV) с прослоями суглинка, с включениями растительных остатков.
Суммарная влажность (Wtot)
варьирует от 15 до 25%, постепенно уменьшаясь с
глубиной, плотность грунта – в пределах 1,90-2,12 г/см3. Слабольдистые, криотекстура
массивная с единичными шлирами льда на контакте с суглинистыми прослоями.
Мощность этих отложений составляет 1-3 м. Ниже залегает горизонт тяжелых
суглинков и глин (m III-IV). Для этих грунтов характерны включения мелкого гравия и
растительного детрита. Суммарная влажность грунта, как правило, находится в
пределах 35-45%, с глубиной изменяется ступенчато, незначительно уменьшаясь;
плотность – 1,56-1,85 г/см3. Грунты льдистые, криотекстура сетчатая, слоисто-сетчатая.
Мощность горизонта 3-5 м. В основании грунтовой толщи располагаются валунные
суглинки (gm II
2-4
) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в
верхней части около 25%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и
плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная.
Толщина ледяных шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Роговские
суглинки местами также слабо засолены. Пески и суглинки верхней части грунтовой
толщи промерзали сингенетически, нижней части - эпигенетически.
32
Вторая морская терраса
В пределах второй морской террасы выделяются 3 типа разрезов мерзлых
грунтов. Первый тип на протяжении трассы имеет распространение в средней части
трассы (85-93 км); второй и третий типы – в северо-восточной части трассы (117-126
км).
1. Первый тип. С поверхности располагается маломощный торфяной покров (до 1 м).
Суммарная влажность (Wtot) его изменяется в широких пределах – 100-1000%,
плотность грунта – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф, как правило, сильнольдистый, с
атакситовой криотекстурой. Ниже располагается горизонт легких суглинков и супесей
(la III4-IV). Грунты серые, местами с пятнами ожелезнения в верхней части, с большим
количеством включений мелкого гравия и гальки. Суммарная влажность (Wtot) плавно
уменьшается от 25-30% в верхней части до 18-20% в нижней разреза; плотность грунта
изменяется в пределах 1,86-2,05 г/см3. Грунты в верхней части (до глубины 2-3 м)
льдистые, ниже - слабольдистые, криотекстура слоистая, слоисто-сетчатая. Мощность
этих отложений составляет 6-12 м. Ниже залегают валунные суглинки (gm II2-4)
роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в верхней части около 25%,
которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3.
Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров
5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Роговские суглинки местами слабо
засолены. Вся толща многолетнемерзлых пород промерзала эпигенетически.
2. Второй тип. С поверхности залегают пылеватые пески (lа III4-IV) с редкими тонкими
прослоями суглинка, с включениями растительных остатков. Суммарная влажность
(Wtot) от 25 до 17-20% изменяется ступенчато на глубине 2-4м; плотность грунта
варьирует в пределах 1,95-2,20 г/см3. Грунты, как правило, слабольдистые (с редкими
льдистыми горизонтами в верхней части толщи), криотекстура массивная с
единичными шлирами льда. Мощность этих отложений составляет 4-6 м. Ниже
располагаются валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную
влажность (Wtot) в верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается с глубиной
до 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура
слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами
10-20 см. Отложения незасоленные. Верхняя часть песков (до глубины 2-3 м)
промерзала сингенетически, ниже грунты промерзали эпигенетически.
3. Третий тип. С поверхности располагается торфяной покров мощностью до 1,5-2 м.
Суммарная влажность (Wtot) его изменяется в широких пределах – 100-1000%,
33
плотность грунта – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф, как правило, сильнольдистый, с
атакситовой криотекстурой. Ниже залегают пылеватые
пески (аm III4) с частыми
тонкими прослоями суглинка, с включениями растительных остатков. Суммарная
влажность (Wtot) изменяется ступенчато от 25-28% в верхней части (до глубины 2-4 м),
до 18-20% в нижней части; плотность грунта изменяется при этом в пределах 1,90-2,06
г/см3. Отложения слабольдистые, криотекстура массивная с единичными шлирами льда
на контакте с суглинистыми прослоями. Мощность этих отложений составляет 1-3 м.
Ниже располагаются валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет
суммарную влажность (Wtot) в верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается
с глубиной до 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые,
криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров как правило, 5-10 мм,
расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные. Торф и верхняя часть
песков (до глубины 2-4 м) промерзала сингенетически, ниже грунты промерзали
эпигенетически.
Третья озерно-аллювиальная терраса (равнина)
На
протяжении
трассы
третья
озерно-аллювиальная
равнина
занимает
наибольшую площадь. На этом геоморфологическом уровне выделяется 5 типов
разрезов. Первый тип имеет широкое распространение на отрезках трассы 1-15 км и 93117 км, второй – на отрезках трассы 1-15 и 55-85 км. Третий и четвертый типы
распространены только в центральной (55-85 км) части трассы. Пятый тип отмечается
в р-не р.Пярцеръяха (93-117 км).
1. Первый тип. С поверхности располагается торфяной покров, мощностью до 1,5-2 м.
Суммарная влажность (Wtot) его изменяется в широких пределах – 100 – 1000%,
плотность грунта – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф сильнольдистый, с атакситовой
криотекстурой. Ниже отмечается переслаивание, образованное тонкими прослоями
суглинка и супеси (lа III3-4), с редкими включениями растительных остатков.
Суммарная влажность (Wtot) практически не изменяется с глубиной и составляет от
25-35%; плотность грунта изменяется при этом в пределах 1,78-1,90 г/см3. Грунты
льдистые, криотекстура сетчатая, слоисто-сетчатая, как правило, присутствуют шлиры
льда двух генераций. Мощность этих отложений составляет 2-5 м. Ниже располагаются
валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность
(Wtot) в верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%,
и плотность 1,90 – 2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая
34
наклонная. Толщина ледяных шлиров, как правило, 5-10 мм, расстояние между
шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные. Торф и верхнеплейстоценовые
суглинистые отложения промерзали сингенетически, роговские валунные суглинки эпигенетически.
2. Второй тип, С поверхности залегают пылеватые и мелкие пески (аm III3-4) с редкими
прослоями
среднего
и
гравелистого
песков,
с
редкими
ожелезненными
и
омарганцованными прослоями. Суммарная влажность (Wtot) изменяется в пределах 1220%, плотность грунта варьирует в пределах 1,97-2,27 г/см3. Грунты слабольдистые,
криотекстура массивная с единичными шлирами льда. Мощность этих отложений
составляет 3-5м. Ниже располагаются валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты.
Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в верхней части 20-25%, которая постепенно
уменьшается с глубиной до 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки
слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров 5-10 мм,
расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные. Верхняя часть песков
(до
глубины
2-3
м)
промерзала
сингенетически,
ниже
грунты
промерзали
эпигенетически.
3. Третий тип. С поверхности залегают супеси и легкие суглинки (аm III3-4). Суммарная
влажность (Wtot) постепенно уменьшается с глубиной и составляет 22-27%; плотность
грунта изменяется при этом в пределах 1,85-1,97 г/см3. Грунты слабольдистые,
криотекстура сетчатая, слоисто-сетчатая, как правило, присутствуют шлиры льда двух
генераций. Мощность этих отложений составляет 4-6 м. Ниже располагаются валунные
суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в
верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и
плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная.
Толщина ледяных шлиров, как правило, 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см.
Отложения незасоленные. Верхняя часть песков (до глубины 2-3 м) промерзала
сингенетически, ниже грунты промерзали эпигенетически.
4. Четвертый тип. С поверхности располагается торфяной покров, мощностью до 1,5-2 м.
Суммарная влажность (Wtot) его изменяется в широких пределах – 100-1000%,
плотность грунта – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф, как правило, сильнольдистый, с
атакситовой криотекстурой. Ниже залегают супеси и легкие суглинки (lb III3-4), часто
оторфованные. Суммарная влажность (Wtot) практически не изменяется с глубиной и
составляет 35-45%; плотность грунта изменяется при этом в пределах 1,55-1,75 г/см3.
Грунты льдистые, криотекстура сетчатая, слоисто-сетчатая. Мощность отложений 1-3
м. Под ними располагается горизонт переслаивания, образованного тонкими прослоями
35
суглинка и супеси (lа III3-4), с редкими включениями растительных остатков.
Суммарная влажность (Wtot) практически не изменяется с глубиной и составляет от 2228%; плотность грунта изменяется при этом в пределах 1,85-1,90 г/см3. Грунты
слабольдистые, криотекстура слоисто-сетчатая, как правило, присутствуют шлиры льда
двух генераций. Мощность этих отложений составляет 2-5м. Ниже располагаются
валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность
(Wtot) в верхней части около 20%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 1518%, и плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая
наклонная или горизонтальная. Толщина ледяных шлиров 5-10 мм, расстояние между
шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные. Торф и озерно-болотные отложения
верхней части разреза промерзали сингенетически, нижележащие грунты промерзали
эпигенетически.
5. Пятый тип. С поверхности залегают пылеватые пески (lа III4-IV) с редкими тонкими
прослоями суглинка, с включениями растительных остатков. Суммарная влажность
(Wtot) колеблется от 25 до 17-20%, изменяясь ступенчато на глубине 2-4 м; плотность
грунта варьирует в пределах 1,95-2,20 г/см3. Грунты, как правило, слабольдистые (с
редкими льдистыми горизонтами в верхней части толщи), криотекстура массивная с
единичными шлирами льда. Мощность этих отложений составляет 2-4 м. В основании
этих отложений располагается горизонт гравийно-галечных отложений с песчаным и
супесчаным заполнителем, мощностью до 2м. Влажность этих отложений около 20%,
криогенная текстура массивная. Грунты слабольдистые. Ниже располагаются валунные
суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в
верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и
плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная.
Толщина ледяных шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения
незасоленные. Грунты по разрезу данного типа промерзали эпигенетически.
Четвертая озерно-аллювиальная терраса (равнина)
В полосе трассы выделяются два типа разрезов грунтовой толщи.
1. Первый тип (соответствует третьему типу разрезов на пятой ледово-морской равнине).
С поверхности до глубины 2-3 м залегают озерно-аллювиальные пылеватые пески или
легкие суглинки (la III1). Суммарная влажность (Wtot) практически не изменяется с
глубиной и составляет 25-35%; плотность грунта изменяется при этом в пределах 1,851,95 г/см3. Грунты, как правило, льдистые, криотекстура слоисто-сетчатая или сетчатая
36
наклонная. Мощность отложений – 2-4 м. Ниже располагаются валунные суглинки (gm
II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в верхней части 2025%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и плотность 1,90-2,16
г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных
шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные.
Грунты промерзали эпигенетически.
2. Второй тип (соответствует первому типу разрезов на третьей озерно-аллювиальной
равнине). С поверхности располагается торфяной покров мощностью до 2 м.
Суммарная влажность (Wtot) торфа изменяется в широких пределах – 100-1000%,
плотность грунта – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф сильнольдистый, с атакситовой
криотекстурой. Ниже располагается переслаивание, образованное тонкими прослоями
суглинка и супеси (lа III1), с редкими включениями растительных остатков. Суммарная
влажность (Wtot) практически не изменяется с глубиной и составляет от 25-35%;
плотность грунта изменяется при этом в пределах 1,78-1,90 г/см3. Грунты льдистые,
криотекстура сетчатая, слоисто-сетчатая, как правило, присутствуют шлиры льда двух
генераций. Мощность этих отложений составляет 2-5 м. В основании грунтовой толщи
располагаются валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную
влажность (Wtot) в верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается с глубиной
до 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура
слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами
10-20 см. Отложения незасоленные. Грунты промерзали эпигенетически.
Пятая ледово-морская терраса (равнина)
В пределах данного геоморфологического уровня в полосе трассы выделяются 4
типа разрезов грунтовой толщи.
1. Первый тип. С поверхности залегают пылеватые и мелкие пески (m II4) с редкими
прослоями среднего песка. Суммарная влажность (Wtot) изменяется в пределах 12-20%,
плотность грунта варьирует в пределах 1,97-2,18 г/см3. Грунты слабольдистые,
криотекстура массивная с единичными шлирами льда. Мощность этих отложений
составляет 6-12 м. Ниже располагаются валунные суглинки (gm II2-4) роговской свиты.
Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в верхней части 20-25%, которая постепенно
уменьшается с глубиной до 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки
слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров, как
правило, 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные.
Грунты промерзали эпигенетически.
37
2. Второй тип. С поверхности располагается торфяной покров мощностью до 2 м.
Суммарная влажность (Wtot) его изменяется в широких пределах – 100 – 1000%,
плотность грунта – от 0,91 до 0,97 г/см3. Торф сильнольдистый, с атакситовой
криотекстурой. Ниже отмечается переслаивание, образованное тонкими прослоями
песка, суглинка и супеси (lа III-IV). Суммарная влажность (Wtot) ступенчато изменяется
от 25-35 до 18-23% на глубине 2-4 м; плотность грунта варьирует в пределах 1,80-2,20
г/см3. Грунты в верхней части льдистые, в нижней – слабольдистые; криотекстура
сетчатая и слоисто-сетчатая – в верхней части и слоистая – в нижней. Мощность этих
отложений от 2 до 12 м. В основании грунтовой толщи располагаются валунные
суглинки роговской свиты (gm II2-4). Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в
верхней части 20-25%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и
плотность 1,90-2,16 г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная.
Толщина ледяных шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения
незасоленные. Грунты промерзали эпигенетически.
3. Третий тип. С поверхности до глубины 2-4 м залегают озерно-аллювиальные
пылеватые пески или легкие суглинки (la III-IV). Суммарная влажность (Wtot)
практически не изменяется с глубиной и составляет от
25-35%; плотность грунта
изменяется при этом в пределах 1,85-1,95 г/см3. Грунты льдистые, криотекстура
слоисто-сетчатая или сетчатая наклонная. Ниже располагаются валунные суглинки (gm
II2-4) роговской свиты. Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) в верхней части 2025%, которая постепенно уменьшается с глубиной до 15-18%, и плотность 1,90-2,16
г/см3. Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных
шлиров 5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные.
Грунты промерзали эпигенетически.
4. Четвертый тип. С поверхности до глубины 2-3 м залегают покровные элювиальноделювиальные суглинки (ed III-IV). Суммарная влажность (Wtot) практически не
изменяется с глубиной и составляет от
20-25%; плотность грунта изменяется в
пределах 1,85-2,05 г/см3. Грунты слабольдистые, криотекстура сетчатая или слоистосетчатая, тонкошлировая. Ниже располагаются валунные суглинки роговской свиты
(gm II2-4). Грунт имеет суммарную влажность (Wtot) 15-18%, и плотность 1,90-2,16 г/см3.
Суглинки слабольдистые, криотекстура слоистая наклонная. Толщина ледяных шлиров
5-10 мм, расстояние между шлирами 10-20 см. Отложения незасоленные. Верхняя часть
грунтов (до глубины 2-3 м) промерзала сингенетически, ниже –
(Инженерно-геокриологические исследования…, 2003).
38
эпигенетически
Глава 6. Содержание органического вещества в мерзлых горных породах
исследуемого района
Содержание органического вещества в мерзлых породах различного генезиса и
возраста
По результатам анализа данных скважин и лабораторных определений, наибольшее
среднее содержание органического вещества (60,3%) оказывается в озерно-болотных
отложениях. В озерно-аллювиальных отложениях среднее содержание органического
вещества 29,1% (рис.6.1), в аллювиально-морских отложениях - 11,4%, в морских
отложениях 3,9%, в отложениях аллювиального типа – 3,8%, что связано с
особенностями переноса и седиментации отложений. Можно предполагать, что на
содержание органического вещества влияет плотность биомассы в районе мобилизации
вещества, пути и скорости переноса, а также особенности ее разложения. В мерзлом
состоянии возможности разложения органического вещества и переноса даже его
растворимых форм значительно меньше, чем в немерзлых породах, поэтому в целом
можно ожидать, вероятно, его повышенное содержание в мерзлых породах.
70
60,29
60
Аллювиальные
отложения
50
Аллювиальноморские
отложения
Озерноаллювиальные
отложения
Озернобиогенные
отложения
40
29.1
30
20
11.44
10
3.81
3,92
0
Рис.6.1.Содержание органического вещества (Ir,%) в отложениях различного генезиса
39
Среднее содержание органического вещества в морских отложениях верхнего
плейстоцена 2,7%, в верхнеплейстоцен-голоценовых отложениях 4,6%, что может
объясняться тем, что условия для накопления органического вещества в верхнем
плейстоцене-голоцене более благоприятны.
Среднее содержание органического вещества в озерно-болотных отложениях верхнего
плейстоцена-голоцена 63,6%, в голоценовых отложениях - 48,1%.
Изменение содержания органического вещества по глубине
На рис. 6.2 представлено изменение содержания органического вещества по глубине.
Наибольшее содержание органического вещества приурочено к глубине до 2,5 м, что,
по-видимому, связано с современными процессами почво- и торфообразования.
120
Ir, %
100
80
60
40
20
0
0
2
4
6
h, м
8
10
12
Рис. 6.2. Изменение содержания органического вещества (Ir,%) по глубине (h,м)
Содержание органического вещества в мерзлых породах различной дисперсности
Относительное содержание органического вещества уменьшается с увеличением
содержания глинистых (рис.6.3) и пылеватых (рис. 6.4) частиц. Известно, что большое
влияние на гумификацию оказывает гранулометрический состав. Так, дерновоподзолистые песчаные почвы содержат гумуса (1,0–1,5%) значительно меньше по
сравнению с дерново-подзолистыми суглинками (2–3%). Таким образом, полученные
нами результаты находятся в соответствии с известными ранее. Однако, общее
содержание органического вещества в мерзлых породах описываемого района
40
довольно значительно и, в частности, в целом выше, чем среднее содержание гумуса в
подзолистых почвах. Так, известно, что в северном направлении от зоны черноземов
содержание гумуса падает до 3–6% в серых лесных почвах и до 1–3% в дерновоподзолистых почвах. В зависимости от содержания песчаных частиц и более крупных
фракций, содержание органического вещества в отложениях не изменяется.
35
30
Ir, %
25
20
15
10
5
0
0.0
5.0
Ir, %
10.0
15.0
20.0
Содержание глинистых частиц, %
25.0
Рис.6.3. Содержание органического вещества (Ir,%) в отложениях с различным
содержанием глинистых частиц
35
Ir, %
30
25
20
15
10
5
0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
Содержание пылеватых частиц, %
Ir, %
Рис.6.4. Содержание органического вещества (Ir,%) в отложениях с различным
содержанием пылеватых частиц
41
Содержание органического вещества в мерзлых породах различной плотности
На рис. 6.5 представлено содержание органического вещества в мерзлых породах с
различной плотностью сухого грунта. Плотность пород увеличивается с уменьшением
содержания
органического
вещества,
что
обусловлено
низкой
плотностью
органического вещества, которая, как известно, не превышает 1,25 - 1,8 г/см3 . В
различных по составу мерзлых породах данная зависимость проявляется по-разному
(рис.6.6).
Ir,% 120
100
80
60
40
20
0
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
-20
Рис. 6.5. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах различной
плотности (Pd, г/см3 )
42
45
Ir,%
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0.00
-5
0.50
1.00
1.50
2.00
Рис. 6.6. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах различной
плотности (Pd, г/см3 ) для супесей (синий), суглинков (красный) и песков (зеленый)
Эта зависимость проявляется по-разному и для разных диапазонов плотностей (рис. 6.7,
6.8, 6.9, 6.10).
120
Ir, %
100
80
60
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Рис.6.7. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах для плотности
Pd<0,5 г/см3
43
100
Ir, % 90
80
70
60
50
40
y = -202.37x2 + 252.21x - 44.185
30
20
10
0
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
Рис.6.8. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах для плотности
Pd = 0,5…1 г/см3
Ir, %
35
30
25
20
15
10
5
0
0.75
0.95
1.15
1.35
1.55
1.75
Рис.6.9. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах для плотности
Pd = 1…1,5 г/см3
44
5
4.5
Ir,%
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
Рис.6.10. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах для
плотности Pd >1,5 г/см3
Содержание органического вещества в мерзлых породах с различной влажностью
(льдистостью)
Относительное содержание органического вещества различно в мерзлых породах
различной
влажности
(льдистости)
(рис.
6.11).
Наибольшему
содержанию
органического вещества соответствует наибольшая суммарная влажность отложений.
Самые высокие значения влажности соответствует торфам и оторфованным породам,
что объясняется высокой гидрофильностью органического вещества.
45
Ir, %
120
100
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
-20
𝑊𝑡𝑜𝑡 , %
Рис. 6.11. Содержание органического вещества (Ir,%) в мерзлых породах с различной
суммарной влажностью (𝑊𝑡𝑜𝑡 , %)
Наличие
растительных
остатков
в
грунтах
приводит
к
уменьшению
их
теплопроводности, что связано с меньшей теплопроводностью торфяных частиц, по
сравнению
с
минеральными.
Теплопроводность
торфов
при
положительных
температурах 0,4-0,5 Вт/м·К, а в мерзлом состоянии увеличивается в 1,5-2 раза. Это
приводит к интенсивному льдонакоплению в торфах и оторфованных грунтах.
Органические молекулы составляющих торф веществ имеют свободные водородные
связи, аналогичные связям в молекуле воды. Поэтому в торфах и оторфованных
грунтах преобладает поровый и базальный лед – цемент, а сегрегационное
льдовыделение приурочено к прослойкам песка или глины. График содержания
органического вещества в грунтах с различной суммарной льдистостью представлен на
рис. 6.12.
46
8
Ir, %
7
6
5
4
3
2
1
0
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
𝑖𝑡𝑜𝑡 , %
Рис.6.12. Содержание органического вещества (Ir,%) в отложениях с различной
суммарной льдистостью (𝑖𝑡𝑜𝑡 , %)
Влажность за счет незамерзшей воды с увеличением содержания органического
вещества в мерзлых породах увеличивается (рис.6.13). Это объясняется тем, что
поверхность крупных частиц, покрываясь пленками органических и аморфных
веществ, становится достаточно гидрофильной. Действуя вместе, глинистые минералы
и органические вещества создают рыхлую гидрофильную матрицу, связывающую
значительное количество воды.
47
Ir, %
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0.05
0.1
0.15
Ww,%
Рис. 6.13. Содержание органического вещества (Ir,%) в отложениях различной
влажности за счет незамерзшей воды (Ww,%) при данной температуре
Содержание
органического
вещества
в
мерзлых
грунтах
с
различным
криогенным строением
Криогенное строение торфов характеризуется высокой льдистостью, поскольку
формирование
и
промерзание
сильнообводненных условиях.
происходят,
как
правило,
одновременно
в
Отмечается массивная, порфировидная, сетчатая,
слоистая и линзовидная криотекстуры. Порфировидной криотекстурой обладает торф
рыхлого сложения. В плотном торфе отмечается сетчатая, слоистая, сетчато-слоистая,
линзовидная, а также атакситовая криотекстура. В суглинках, подстилающих
высокольдистый торф, сохраняется высокая льдистость, криотекстура мелкосетчатая
тонкошлировая. При движении сверху вниз по разрезу число ледяных шлиров
уменьшается, они становятся толще, но встречаются реже. В сильнозаторфованных
суглинках в верхней части разреза встречается среднесетчатая толсто-среднешлировая
текстура.
Текстура
сильнозаторфованной
супеси
массивная,
среднезаторфованной
-
среднесетчатая тонкошлировая, переходящая вниз по разрезу к среднешлировой и
толстошлировой.
Также
встречается
частостоистая
мелкошлировая
текстура,
переходящая к редкослоистой средне-толстошлировой.
Содержание органического вещества в песках заметно не отражается на криогенной
текстуре.
48
Заключение
Многолетнемерзлые породы часто содержат в своем составе органическое вещество,
которое влияет на их инженерно-геологические свойства. Поэтому при проведении
инженерных изысканий в криолитозоне определение содержания органического
вещества в мерзлых породах является необходимым.
В последние годы в связи с проблемой глобального потепления климата актуально
изучение выноса органического вещества, в частности органического углерода, в
арктические моря, также исследование возможной его трансформация бактериями и
эмиссии парниковых газов.
В данной работе проводилось изучение содержания органического вещества в
мерзлых породах в районе трассы нефтепровода Ю. Хыльчую – БРП Варандей.
Исследуемая территория протягивается с юго-запада на северо-восток по северной
окраине Большеземельской тундры и проходит в зонах сплошного (>80%) и
прерывистого (50-80%) распространения многолетнемерзлых пород.
Были выявлены закономерности содержания органического вещества в мерзлых
породах различного генезиса, возраста, состава и строения. Было, в частности,
установлено, что:
1. Наибольшее среднее содержание органического вещества (до 60% и более), как
и следовало ожидать, характерно для озерно-болотных отложений. В озерноаллювиальных отложениях среднее содержание органического вещества около
29%, в аллювиально-морских отложениях до 11,4%, в морских отложениях
около 4%, в отложениях аллювиального типа – 3,8%, что связано, по-видимому,
с особенностями переноса и седиментации отложений.
2. Содержание органического вещества в мерзлых породах уменьшается с
глубиной. Наибольшее содержание органического вещества приурочено к
небольшим глубинам, до 2,5 м, что, по-видимому, связано с современными
процессами почво- и торфообразования.
3. Относительное содержание органического вещества уменьшается в более
дисперсных мерзлых породах, с большим содержанием глинистых и пылеватых
частиц. Содержание органического вещества в мерзлых породах мало
изменяется в зависимости от содержания песчаных частиц и более крупных
фракций.
4. Плотность мерзлых пород, как и следовало ожидать, уменьшается с
увеличением содержания органического вещества. Однако для различных по
49
составу пород и
диапазонов плотности эта зависимость проявляется по-
разному.
5. Содержание органического вещества увеличивается в мерзлых породах с
большей суммарной влажностью (льдистостью).
Закономерности содержания органического вещества в породах различного возраста и
строения для изучаемого района нуждаются в дополнительных исследованиях.
50
Список литературы
1. Аксёнов В.И., Геворкян С.Г. Исследование зависимости прочностных и
деформационных характеристик мерзлых грунтов от относительного
содержания органического вещества. М.: Фундаментпроект, 2012. 18 с.
2. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его
трансформации. М., 1980. 287с.
3. Бровка Г.П. Тепло и массоперенос в природных дисперсных системах
при промерзании Минск, 1991. 192 с.
4. ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». М.: ИИК Издательство стандартов,
1996. 30 с.
5. Грунтоведение. /Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.Ф.,
Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. Под редакцией
В.Т.Трофимова. - М.:Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.
6. Ершов Э.Д. (ред. ) Лабораторные методы исследования мерзлых пород.
M.: Изд-во МГУ, 1985. 351 с.
7. Ершов Э.Д. Общая геокриология. M.: Недра, 1990. 559 с.
8. Ершов Э.Д., Данилов И. Д., Чеверев В.Г. Петрография мерзлых пород. Учебник.
– Изд-во МГУ, 1987. – 311с.
9. Жесткова T. H., Заболоцкая M. И., Рогов. В.В. Криогенное строение мерзлых
пород. M.: Изд-во МГУ, 1980. 135 с.
10. Инженерно-геокриологические исследования и методическое обеспечение
изысканий трассы нефтепровода Ю.Хыльчую – БРП Варандей. ФГУП ПНИИС,
Москва. 2003.
11. Кривов Д.Н. Закономерности деформирования и разрушения мерзлых
засоленных грунтов района Большеземельской тундры. Автореф. дисс. … канд.
геол.-мин. наук. М.: МГУ имени М.В. Ломоносова, 2009. 25 с.
12. Кудрявцев В.А. и др. Общее мерзлотоведение. M.: Изд-во МГУ, 1978. 456 с.
13. Мельников П.И., Толстихин H.И., Некрасов. И.А., Акимов A.T. и др. Общее
мерзлотоведение. Новосибирск, Изд-во Наука, 1974. 291 с.
14. Основы геокриологии. Ч.2. Литогенетическая геокриология. Под ред. Э.Д.
Ершова – М., Изд-во МГУ, 1996. – 399с.: ил.
15. Попова Александра Александровна. Геоинформационное картографическое
моделирование инженерно-геокриологических условий севера ТиманоПечорской нефтегазоносной провинции по верхнему горизонту криолитозоны.
Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук. Институт криосферы Земли Сибирского
отделения РАН, Тюмень, 2012. 139 с.
16. Роман Л.Т. Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений. Новосибирск:
Наука, 1987. 224 с.
17. Роман Л.Т. Физико-механические свойства мерзлых и торфяных грунтов.
Новосибирск: Наука, 1981. 134 с
18. Стрелецкая И.Д., А.А. Васильев, М.З. Каневский, Б.Г. Ванштейн и Р.С.
Широков. Органический углерод в четвертичных отложениях побережья
Карского моря. Криосфера Земли, 2006, т. X, No 4, с. 35–43.
19. Соломатин В.И. (ред.). Геоэкология Севера (введение в геокриоэкологию). M.:
Изд-во МГУ, 1992. 270 с.
20. Тюрин И.В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии. М., 1965.
320с.
51