Основы криогенеза литосферы - Романовский Н.Н.
ISBN 5—211—02379—X
Скачать (прямая ссылка):
В южной геокриологической зоне распространены многолет-немерзлые породы с мощностями, зонально уменьшающимися с севера на юг от 100—150 м до первых метров. Эти мерзлые толщи сформировались под влиянием колебаний с периодом от 10 тыс. лет и менее (Г—1800, 300, 40 лет). Их возраст — от позднеголоценового до современного. Длиннопериодные колебания происходят в южной зоне преимущественно при положительных значениях средних температур, которые повышаются зонально к югу. B плейстоцене эти колебания приводили в криохроны к формированию мерзлых толщ мощностью до 400 м и более. B термохроны они деградировали. Реликты этих мерзлых толщ, достигших максимальной мощности в конце позднего плейстоцена (18—20 тыс. лет назад) и протаявших сверху до глубины 150—200 м в климатический оптимум голоцена, сохраняются в осадочном чехле Восточно-Европейской и Западно-Сибирской платформ. Там, где с поверхности развиты верхнеголоценовые многолетиемерзлые породы, существуют двухслойные мерзлые толщи, разделенные в разрезе стадиальным талым горизонтом (VI).
Специфичны условия формирования и динамики криолитозоны при трансгрессиях и регрессиях полярного бассейна (V.7), а также под ледниками и ледниковыми покровами (V.8). Эти геологические события в наибольшей степени влияют на мощность и строение криолитозоны северной геокриологической зоны. Здесь на побережье арктических морей распространены аградирующие мерзлые толщи молодых морских террас и деградирующие — в прибрежной части шельфа (VIII). Известны аномально малые мощности мерзлоты, объяснимые только существованием в позднем плейстоцене высоких отрицательных температур под ледниковыми покровами (Балобаев, 1985).
184
V.2. О ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОРОД,
ВЛИЯЮЩИХ НА ФОРМИРОВАНИЕ И ДИНАМИКУ МЕРЗЛЫХ ТОЛЩ
Особенности образования и протаивания многолетне-мерзлых толщ и их современное состояние существенно зависят от теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности талых и мерзлых пород. Теплоемкость пород характеризует их способность аккумулировать тепло, теплопроводность определяет скорость переноса тепла при нагревании—охлаждении, а температуропроводность является показателем скорости изменения температур в среде.
Теплофизические свойства пород зависят от их генезиса, минерального состава, строения, пустотности (пористости или трещииоватости), состава порового заполнителя (вода, лед, газ, гидрат газа и др.)* степени заполнения порового пространства, а для дисперсных синкриогенных и некоторых эпикриогенных отложений с льдистостыо больше поровой пустотности и от относительного содержания в них подземного льда. Кроме того, они зависят от термобарических условий (температуры и давления). Многообразие и сложность таких зависимостей, подробное рассмотрение закономерностей формирования теплофизиче-ских свойств мерзлых и талых пород-в специальных работах (Теплофизические свойства..., 1984; Ершов, 1990) делают необходимым акцентировать внимание на тех из них, которые в наибольшей степени обусловливают региональные и зональные закономерности формирования мерзлых толщ. При таком рассмотрении важными являются наиболее общие особенности изменения свойств мерзлых и талых пород, которые позволяют выявить влияние последних на формирование мощностей мерзлых толщ разнообразного геологического строения и состава. В большей части геологических структур породы полностью во-донасыщены, что позволяет рассматривать зависимости их свойств от пористости (трещииоватости), плотности и влажности.
Теплоемкость пород слагается из теплоемкости органо-ми-нерального скелета и заполнителя порового (трещинного) пространства. В глинистых породах существенное значение имеет теплоемкость связанной воды, количество которой в мерзлом состоянии изменяется в зависимости от температуры. В горных породах разной степени литификации, где цементация захватывает в первую очередь микропоры, количество связанной воды невелико. Поэтому содержание незамерзшей воды в мерзлом состоянии можно не учитывать. Удельные теплоемкости воды и льда (4,19 и 2,06 Дж/г-К) различаются примерно в два раза. Это определяет большую теплоемкость талых пород по сравнению с мерзлыми и, следовательно, меньшую инерционность при изменении температурного поля мерзлых толщ по сравнению с талыми.
185
Влагосодержание (пористость, пустотность) пород изменяется в широких пределах. Для дисперсных отложений оно зависит от гранулометрического состава и плотности, типа промерзания и криогенного строения мерзлых толщ, а в породах с жесткими связями — от степени литификации и трещииоватости. При этом с возрастом пород степень литификации обычно возрастает, а их влагосодержание уменьшается.
В. Т. Балобаевым (1991) были рассчитаны значения удельной теплоемкости Су основных разновидностей горных пород по удельным содержаниям в них главных химических элементов. Им показано, что теплоемкости разных пород различаются незначительно, несмотря на значительные различия в элементарном составе. Глинистым породам характерна более высокая Су (0,836 Дж/г-К), чем песчаным и карбонатным (соответственно 0,817 и 0,820 Дж/г-К) из-за большого содержания Al2O3, а песчаным породам — менее высокая теплоемкость из-за высокого содержания SiO2-
