Основы криогенеза литосферы - Романовский Н.Н.
ISBN 5—211—02379—X
Скачать (прямая ссылка):
Магматические и метаморфические породы обладают теплопроводностью, изменяющейся в значительных пределах: осред-ненные значения X для туфов составляют 1,74 Вт/м-К, а для кристаллических сланцев достигает 4,4 Вт/м-К (Балобаев,. 1991). Пористость и содержание свободной воды в таких породах вне зон тектонических нарушений и кор выветривания невелики. Влажность составляет преимущественно доли процента, возрастая до первых процентов в эффузивных породах, сланцах, кимберлитах. Теплопроводность магматических и осадочных сильно метаморфизованных пород обычно ниже, чем у монолитных слабо метаморфизованных осадочных. Пределы изменения X однотипных кристаллических пород значительно меньше, чем осадочных. При этом некоторые породы обладают мало варьирующими значениями X, например долериты, широко представленные на Сибирской платформе. Их среднее значение Х=2 Вт/м-К при разбросе значений от 1,65 ДО' 2,6 Вт/м-К. Среди магматических пород прослеживается тен-
189
денция некоторого понижения теплопроводности от кислых (г^анитоидов) к основным (базальтоидам).
Влияние состава и свойств пород на формирование мощностей многолетнемерзлых толщ проявляется через их теплоемкость, влажность, обусловливающую затраты тепла на фазовые превращения воды, и значения коэффициента теплопроводности. Влияние влажности пород на мощности мерзлых толщ проявляется только при эпигенетическом характере промерзания. Анализ глубин многолетнего промерзания пород при периодических изменениях температур на поверхности, разных геотермических градиентах (g) и затратах тепла на фазовые превращения, отличающихся в 7 раз (от 20 950 до 146 650 кДж/м3), показал, что различия в мощностях мерзлых толщ не выходят за пределы 40—50%. Таким образом, мощности эпигенетически промерзающих рыхлых водонасыщенных отложений и скальных слаботрещиноватых пород с небольшой влажностью не могут отличаться более, чем в 1,5 раза. Эта закономерность в естественных условиях хорошо прослеживается в южной геокриологической зоне при небольших мощностях мерзлых толщ позднеголоцеиового и современного возраста, находящихся преимущественно в квазистационарном состоянии. B северной геокриологической зоне при больших мощностях мерзлых толщ, формировавшихся десятки и сотни тысяч лет, неоднократно частично протаивавших и промерзавших, эта закономерность не проявляется. Напротив, на обширных территориях в структурах, сложенных в верхней части кайнозойскими и верхнемезозойскими отложениями со значительной льдистостью и высокой тепловой инерционностью, сохраняются на современном деградационном этапе эволюции криолитозоны аномально большие мощности, не соответствующие высоким среднегодовым температурам пород. По подсчетам В. Т. Бало-баева, такие нестационарные мерзлые толщи занимают около 30% площади области многолетней мерзлоты в' Сибири. Мощности плотных малольдистых скальных пород на Сибирской платформе и в горных массивах орогеиных областей в северной геокриологической зоне практически соответствуют значениям *Ср и находятся в квазистационарном (стационарном, по В. Т. Ба-лобаеву) состоянии.
Коэффициент теплопроводности пород во многом определяет величину геотермического градиента и изменение мощности мерзлых толщ в разных геоструктурных условиях. B немерзлых водонасыщенных толщах, подстилающих мощные мерзлые, значения g в тонкодисперсных водонасыщенных отложениях при одинаковых потоках внутриземного тепла (^133) могут быть выше, чем в скальных, в 2—4 раза. Как известно, глубины сезонного промерзания и оттаивания пород прямо пропорциональны Ть (Общее мерзлотоведение, 1978; Ершов, 1990). При многолетних процессах промерзания—оттаивания такая зависимость несколько искажается из-за наличия геотермическо
190
го градиента. При этом величина искажений не превышает 15%. В породах различного состава, плотности и влажности X может сильно различаться, иногда более чем в 10 раз (Теп-лофизические свойства горных пород, 1984). Поэтому теоретически мощности мерзлых толщ могут варьировать за счет различия в свойствах пород до 3—4 раз при одинаковом температурном режиме.
Существеннное влияние на формирование мощностей мерзлых толщ оказывают особенности залегания пород, имеющих неодинаковые состояния и теплопроводность. Так, при наличии маломощного чехла осадочных пород с низкой теплопроводностью (X'), залегающих на хорошо проводящих тепло кристаллических породах (Я"), максимальная за период развития мощность мерзлой толщи будет больше, чем в однородных осадочных напластованиях с Наоборот, если породы с высокими значениями теплопроводности А/ (например, пески или аргиллиты) залегают на породах с низкой теплопроводностью X" (например, глины, суглинки или угли), мощность двуслойной мерзлой толщи будет меньше, чем в однородном разрезе пород с Х'^Х".
V.3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ влияния ГЕОСТРУКТУРНОИ
ОБСТАНОВКИ МОЩНОСТИ И СТРОЕНИЕ КРИОЛИТОЗОНЫ
Влияние reo структурной обстановки проявляется многообразно. Тип тектонической структуры, ее геотермические особенности, характер новейшей активизации, наличие разрывной тектоники, генезис, возраст, состав, обводненность и свойства пород, характер их напластований, мощностей и т. д. действуют в совокупности и разнообразно влияют на строение криолитозоны в разрезе, криогенные особенности ММП, абсолютные значения и пространственную изменчивость мощностей криолитозоны. Влияние геолого-тектонических условий на крио-литозону проявляется на всех уровнях от регионального до локального. Существуют общие закономерности, свойственные всем континентальным геоструктурам. Установлены особенности такого влияния, неодинаково проявляющиеся в пределах платформ и орогенов, а также характерные только для определенных структур высоких порядков.
