Основы криогенеза литосферы - Романовский Н.Н.
ISBN 5—211—02379—X
Скачать (прямая ссылка):
2. Рельеф является фактором, который обусловливает перераспределение тепловых потоков и градиентов температур в верхних горизонтах земной коры. В результате на разных элементах рельефа нижние граничные условия формирования мерзлых толщ становятся существенно неоднородными. Наиболее ярко это проявляется в условиях контрастного рельефа с большими амплитудами высот. В горах Северо-Востока России (Губкин, 1952; Калабин, 1960) нижняя граница мерзлых толщ представляет волнистую поверхность, в несколько сглаженном виде повторяющую формы рельефа. Под вершинами гор мощность ММП была всегда больше, чем под долинами. По данным В. В. Ловчука, линейные отклонения от средних значений мощностей мерзлых толщ под положительными элементами рельефа достигают 40—70 м, а под отрицательными — минус 20—40 м. Глубина влияния рельефа на температурное поле литосферы зависит от относительного превышения вершин над долинами и от расстояния между сходными одинаковыми элементами рельефа (вершинами гор и днищами долин). В Верхоя
208
но-Колымской орогенной области глубина влияния рельефа в 4—5 раз больше разницы высот днищ долин и вершин (Балобаев, 1991).
Геотермические исследования и моделирование на основе натурных данных теплового поля (Балобаев, Левченко, 1978) показали, что искажение теплового поля рельефом наблюдается до глубины 3000 м (рис. V.14), где д,вл равен 100±10
Рис. V.14. Тепловое поле горных пород в хр. Сунтар-Хаята (Верхояно-Чукотская горная область) по результатам интерпретации фактических материалов.
Вертикальные линии — скважины, горизонтальные — штольки, стрелки — векторы теплового потока (по В. Т. Балобаеву, 1991)
мВт/м2. Плотность теплового потока и величины геотермических градиентов возрастают, а мощность ММП снижается под долинами (рис. V. 15). Под вершинами и значения геотермических градиентов понижаются, а мощность мерзлых толщ воз-
SOQ -
Рис. V.15. Тепловое поле горных пород при наличии водоемов на
поверхности.
Вертикальные линии — скважины, стрелки — векторы теплового потока (по В. Т. Балобаеву, 1991)
209
растает. В приповерхностном слое мощностью 100 м плотность теплового потока под долинами в 3—б раз выше, чем под вершинами, составляя соответственно 151 и 26—36 мВт/м2. С глубиной дифференциация плотностей qB3 под разными элементами рельефа снижается (табл. V.3). Выравниваются и величины геотермических градиентов.
Таблица V.3
Тепловой поток <?вз под разными элементами рельефа в зависимости от глубины в хр. Сунтар-Хаята, мВт, м-(Балобаев, 1991)
Интервал глубин от поверхности,
M На склоне южной экспозиции В днище
ДОЛИНЫ (la склоне северной экспозиции Среднее профилю
вершина середина
серецина першииа
0—100 28 87 151 75 36 15 0—500 35 85 129 85 31 79 500—1000 78 100 1 11 93 78 92 1000—2000 95 100 103 97 92 97 2000—3000 99 100 101 100 97 99 3000—4000 100 100 100 100 100 100 Установлена и другая закономерность: усредненные по всем элементам рельефа значения теплового потока снижаются в на-лравлении поверхности. Происходит это из-за того, что площади изотермических поверхностей, к которым векторы теплового потока всегда перпендикулярны, увеличиваются к поверхности Земли, и тем больше, чем изрезаннее рельеф. В результате одно и то же количество внутриземного тепла распределяется на все увеличивающуюся площадь. Поэтому средняя плотность теплового потока в горных районах уменьшается к поверхности Земли, причем тем значительнее, чем больше расчленение рельефа и величина его поверхности. Для хр. Сунтар-Хаята дневная поверхность примерно на 11% больше ее проекции на горизонтальную плоскость, а плотность теплового потока у поверхности на 12—13% меньше, чем у неискаженного теплового потока на глубине 3 км.
В. Т. Балобаевым показано, что наименьшее искажение плотности теплового потока вблизи поверхности характерно для средней части склонов гор. Максимальные тепловые потоки и минимальные мощности ММП находятся в месте сочленения склонов и горизонтальных поверхностей (равнин, широких днищ, долин рек и др.) (Григорян, Красе и др., 1987). Многочисленные температурные измерения в глубоких скважинах в горных сооружениях, сложенных скальными породами разного состава и возраста, свидетельствуют о преимущественном распространении стационарных мерзлых толщ. Исследования связи рельефа гор, их абсолютных и относительных высот и мощностей мерзлых толщ были проведены в' разных регионах Н. А. Некрасовым, В. Г. Гольтманом, H. С. Шевелевой, Л. Н. Co
210
ловьевой, А. П. Горбуновым и др. Было установлено, что при любом виде высотной геокриологической поясности в распределении температур пород (см. II.3) мощности мерзлых толщ всегда увеличиваются с высотой. Значения высотного градиента увеличения мощностей ММП неодинаковы в разных горных сооружениях, но обычно они составляют первые десятки метров на 100 м подъема.
3. Рельеф влияет на положение зеркала грунтовых вод, на изменения обводненности и дренированное™ пород в криогид-рогеологических структурах в процессе формирования криолитозоны. Для низменных равнин типично близкое залегание зеркала грунтовых вод к поверхности и влажность пород в таликах близка к полной влагоемкости, а для многолетнемерзлых пород характерны полно выраженные криотекстуры и значительная льдистость. В горных районах массивы скальных пород в значительной мере дренированы, для криогенного строения ММП в массивах характерно наличие блоков с неполно выраженными криотекстурами, открытой пустотностью, свободным воздухообменом, горизонтами криогенной дезинтеграции пород, контролируемыми положением уровня вод в долинах рек или долинных водоносных таликах (см. IV.4).
