5.2.1. Обзорные карты районирования территории СССР
Содержание Геокриологической карты СССР существенно дополнено четырьмя картами в масштабе 1:25 000 000, на которых в обобщенном виде отражены характеристики и условия, разъясняющие содержание основной карты. Такими картами являются следующие:
Карта районирования территории СССР по современным условиям существования мерзлых и талых пород, на которой выделены и охарактеризованы: 1) геотектонические структуры I и II порядков, обособляющиеся в структурно-геологические регионы; 2) типы климатов в зависимости от условий распределения солнечной радиации, режима циркуляции атмосферы и их секториальности (отношения моря и суши и их влияния на климат); 3) типы теплообмена в зависимости от широтной зональности, высотной поясности и континентальности; 4) типы мега- и макрорельефа; 5) растительные зоны и пояса; 6) границы современного распространения мерзлых пород (однослойных и двуслойных).
Карта мощности криолитозоны, на которой отражены главнейшие закономерности распространения толщ пород с отрицательными температурами, суммарная мощность которых показана на карте, включает мощность яруса мерзлых и морозных пород, ярус охлажденных ниже 0 С пород с криопэгами и ярус мерзлых реликтовых пород, залегающих на некоторой глубине от поверхности. Для показа суммарной мощности криолитозоны введены новые градации. При однослойной мерзлой толще на равнинах градации мощности соответствуют таковым на основной Геокриологической карте, в горных и высокогорных районах градации мощности мерзлых пород на обобщающей карте объединяют 2-3 градации основной карты. При двух- и трехслойном разрезе суммарная мощность криолитозоны возрастает до 300 м у южной границы ее распространения и до 1500 м в центральной части Сибирской платформы.
Карта районирования территории по криогенному возрасту пород и типу криогенеза. На карте показаны: 1) распространение толщ мерзлых пород, охарактеризованных по криогенному возрасту от преимущественно плейстоценового, местами плиоцен-плейстоценового до позднеголоценового и современного; 2) распространение и характеристика объемной льдистости, содержания макровключений льда в синкриогенных (с поверхности), синкриогенных и эпикриогенных (по площади) и преимущественно эпикриогенных породах в зависимости от генетических типов четвертичных отложений и геологических формаций докайнозойских пород.
Карта гидрогеокриологического районирования территории, на которой отражены: 1) гидрогеологические структуры I и II порядков по их связи с распространением и мощностью криолитозоны; 2) области многолетнего промерзания, охватывающего зону пресных вод полностью или частично, по площади и по разрезу, создающего криогенные водоупоры и криогенный напор подземных вод; 3) области влияния подземных вод на прерывистость мерзлых пород и их мощность.
5.3. Среднегодовые температуры многолетнемерзлых и талых пород
На Геокриологической карте СССР главное средство изображения - фоновая закраска - отдано показу среднегодовых температур пород, являющихся наиболее изменчивой во времени и пространстве геокриологической характеристикой. Обусловлено это тем, что любые изменения природной среды в геокриологическом отношении проявляются через повышение или понижение среднегодовых температур пород, а в южной геокриологической зоне нередко и со сменой знака. Поэтому среднегодовая температура пород является показателем устойчивости мерзлых и талых пород к изменениям природной среды и по существующим методикам позволяет прогнозировать изменения мерзлотных условий при освоении, а также мероприятия по охране природной среды.
Для более четкого различия на карте областей развития мерзлых и талых пород, разграничение которых в природе происходит в интервалах близких к 0 С. При помощи цветовой шкалы на карте четко показаны области и зоны распространения многолетнемерзлых и талых пород. В области распространения мерзлых пород среднегодовые температуры по мере их понижения (к северу от южной границы криолитозоны) показаны гаммой «холодных» цветов: от желто-зеленого к голубому, синему и фиолетовому. В области сплошного развития талых пород ( к югу от южной границы криолитозоны) их среднегодовые температуры по мере повышения к югу показаны гаммой «теплых» цветов: от желтовато-коричневого к оранжевому и красному.
Сложная пространственная картина распространения многолетнемерзлых пород, их температурного режима и сочетания в разрезе различных типов криогенных толщ обусловлена совместным взаимодействием ландшафтно-климатических условий, рельефа, состава и свойств пород, гидрологической и гидрогеологической обстановками и историей развития территории в неоген-четвертичное время.
Распространение и среднегодовые температуры многолетнемерзлых и талых пород связаны с зональными и региональными условиями теплообмена на поверхности и в слое годовых колебаний температур в породах. На Геокриологической карте СССР распространение многолетнемерзлых пород и их взаимное расположение с талыми породами показано в виде широтных зон и высотных поясов, закономерно сменяющих друг друга с юга на север и с увеличением высоты рельефа. Наибольшей пестротой взаимного расположения мерзлых и талых пород (табл.1), отличается зона переходная от сплошных по площади
Распространение многолетнемерзлых и сезонномерзлых (талых и немерзлых ) пород на территории СССР
Таблица 1
Области
|
Зоны
|
Подзоны
|
% площади, занимаемой ММП
|
Среднегодовая температура пород, 0С
|
Тип сезонного оттаивания (1 зона) и сезонного промерзания пород (2 зона) по устойчивости процесса
|
Распространение ММП, талых и немерзлых пород
|
I. Многолетняя криолитозона (область сезонно- и многолетнемерзлых пород)
|
Северная геокриологическая зона (зона сплошного распространения ММП)
|
Северная
|
Сплошное распространение ММП
|
Более 95
|
Ниже -10
-5 - -10
-3 - -5
|
Арктический и полярный
Устойчивый
Длительно устойчивый
|
Южная
|
Сплошное распространение ММП
|
90-95
|
-0,5 - -3
|
Переходный, полупереходный и длительно устойчивый
|
Южная геокриологическая зона (зона несплошного распространения ММП)
|
Прерывистое распространение ММП
Массивно-островное распространение ММП
Островное и редкоостровное распространение ММП
|
75-90
25-75
Менее 25
|
+0,5- -2
+1- -1
+2 - -0,5
|
Полупереходный и переходный
|
II. Сезонная криолитозона (область талых и сезонномерзлых пород)
|
Северная
|
Сплошное распространение талых и немерзлых пород
|
–
|
+0,3 -2
|
Переходный и полупереходный
|
Центральная
|
+2 - 5
|
Длительно-устойчивый
|
+10- 15
|
Устойчивый
|
Южная
|
Сплошное распространение немерзлых пород
|
–
|
+10-15
Выше +15
|
Южный
Субтропический
|
талых пород к сплошным по площади многолетнемерзлым породам (зона несплошного распространения мерзлых пород), в которой преобладающие среднегодовые температуры изменяются от +2 до -2° С. В этой зоне по устойчивости температур к переходу через 0° С В.А.Кудрявцевым выделены переходная (+1 --1° С) и полупереходная (-1 --2° С) зоны сезонного оттаивания многолетнемерзлых пород и сезонного промерзания талых пород. Вся зона с интервалом температур пород в ее пределах от +2 до -2° С называется южной геокриологической зоной. На юге к этой зоне примыкает область преимущественно сплошного распространения талых и сезонно-мерзлых пород со среднегодовыми температурами от -0,5 до +4° С, а на севере - зона сплошного распространения многолетнемерзлых пород с температурой от -0,5 до -14° С и ниже (северная геокриологическая зона).
Южная геокриологическая зона на Геокриологической карте масштаба 1:2 500 000 по особенностям преобладания и сходства среднегодовых температур пород подразделена на три подзоны. На равнинах при постепенном изменении ландшафтно-климатических условий с юга на север увеличение площадей, занятых мерзлыми породами, происходит также постепенно. При резком изменении природных условий, например, при смене равнинного рельефа горным, увеличение по площади мерзлых пород с юга на север происходит резко по четкой природной границе. При этом зоны местами представлены фрагментарно в виде разобщенных территорий, разделенных участками другой зоны.
В зоне редкоостровного распространения многолетнемерзлые породы в пределах каждого однородного участка приурочены к буграм пучения, заторфованным площадям, затененным участкам без снега и к крутым склонам северных экспозиций. Размеры участков многолетнемерзлых пород в этой зоне часто не выражаются в масштабе карты, поэтому зона мало детализирована и имеет вид довольно простой полосы по внешнему рисунку границы. К северу от нее площадь мерзлых пород увеличивается
(от 25 до 75% площади зоны), что на карте соответствует их массивно-островному распространению. В северной части южной геокриологической зоны общая площадь многолетнемерзлых пород местами может достигать 75% площади зоны. При этом показать на карте данного масштаба все участки таликов в силу их неизученности и часто небольших размеров невозможно. Поэтому карта информирует лишь о наличии участков талых пород среди мерзлых в виде зоны прерывистого распространения мерзлоты. Такую прерывистость создают сквозные талики радиационно-теплового типа, развитые в благоприятных для этого условиях (на опесчаненных элементах рельефа, на склонах южных экспозиций, на участках с хорошей инфильтрацией поверхностных вод, с большим снежным покровом и т.д.).
Распространение мерзлых и талых пород и динамика их состояния и соотношения показаны на карте через среднегодовые температуры, которые по всей карте даны по элементам и группам сходных элементов рельефа на основе общности в их пределах геологических, ландшафтно-климатических и других мерзлотообразующих факторов и условий. Наименьшие размеры выделенных контуров на карте для протяженных элементов рельефа составляют по ширине 2-4 мм, для округлых - 5-25 мм. Под среднегодовой понимается температура пород на подошве слоя ее годовых колебаний (или на глубине нулевых годовых амплитуд температур) за определенный период наблюдений, обычно соответствующий циклу 10-11-летних, 33-летних, вековых климатических ритмов. Глубина, на которой температуру можно считать среднегодовой для этого ряда лет, зависит от амплитуд температур на поверхности грунта под снегом и растительным покровом, от состава и влажности пород. В зависимости от сочетания этих условий она изменяется от 5-7 м в суглинистых и оторфованных грунтах южной геокриологической зоны до 16-24 м в скальных породах северной геокриологической зоны.
Колебания среднегодовых температур от года к году на одном и том же участке могут достигать 1-2 С и лишь в годы с экстремальными природными условиями превышать эти величины. Такие кратковременные изменения среднегодовых температур, как правило, приводят в основном к увеличению или уменьшению глубин сезонного промерзания на талых породах и глубин сезонного оттаивания на мерзлых. Это может привести к тому, что при увеличении, например, глубины промерзания к последующей зиме остается не оттаявший летом слой или линза мерзлых пород – «перелеток», а в случае увеличения глубины сезонного оттаивания в последующую зиму промерзнет не весь оттаявший летом слой, а только его верхняя часть и возникнет «несливающаяся мерзлота». Такие явления могут развиваться в грунтах, среднегодовые температуры которых лежат в интервале от +2 до -2 С, и реже в интервале от +3 до -3 С. Если похолодание или потепление повторяется несколько лет подряд, то в первом случае наряду с понижением среднегодовой температуры талых пород начинает происходить новообразование мерзлоты (аградация), во втором – наряду с повышением среднегодовых температур мерзлых пород – их оттаивание (деградация).
В южной геокриологической зоне территории с пестрым температурным режимом показываются путем выделения трех перекрывающих диапазонов среднегодовых температур пород: в зоне редкоостровного распространения от +2 до –0,5 С, массивноостровного – от +1 до -1 С и прерывистого – от 0,5 до -2 С. В области сплошного распространения многолетнемерзлых пород к ним примыкают две геотемпературные подзоны, в которых могут быть развиты редкие, не выражаемые в масштабе карты сквозные и несквозные радиационно-тепловые талики. Преобладающие среднегодовые температуры мерзлых пород в подзонах укладываются в интервалы значений от -0,5 до –2 и от –1 до -3 С. Севернее на карте для равнинных территорий выделены подзоны, в которых отрицательные температуры пород последовательно понижаются на 1 С, а именно от -2 до -4 и от -3 до -5 С, а еще севернее – от -4 до -6 и от -5 до -7 С.
В горных районах, где происходит быстрая с ростом высоты рельефа смена среднегодовых температур пород, на карте зоны имеют вид узких полос размером 1-3 мм, Поэтому в горных районах среднегодовые температуры мерзлых пород имеют следующие градации: от -1 до -3, от -3 до -5, от -5 до -7, от -7 до -9, от -9 до -11, от -11 до -13, от -13 до -15° С и ниже, а в районах средне- и высокогорья с широким развитием крутых склонов температуры даны в более обобщенных интервалах: от -1 до -5 и от -5 до -130С. За пределами криолитозоны в области талых и немерзлых пород в интервале среднегодовых температур пород от 0,5 до 9° С на карте выделено 8 геотемпературных зон, последовательно сменяющих друг друга от южной границы криолитозоны к югу со смещенными на 1 С значениями: 0,5-2; 1-3; 2-4; 3-5; 4-6; 5-7; 6-8; 7-9° С. Среднегодовые температуры пород в диапазоне от 9 до 21° С, формирующиеся в южной части Европейской территории СССР, в Казахстане и Средней Азии, характерные для однородных природных условий на больших площадях, показаны на карте геотемпературными зонами с интервалом в 2° С. В горных и высокогорных районах, где температуры талых пород понижаются с ростом высоты рельефа, картирование выполнено с интервалами положительных температур пород в 13-9, 9-5, 5-1° С.
5.4. Мощности и строение криолитозоны
Мощность криолитозоны, изменяющаяся по глубине от первых метров до 1500 м и более, является той геокриологической характеристикой, которая отражает суммарный результат всей истории развития многолетнемерзлых пород в кайнозое, т.е. результат динамики многолетнего промерзания пород с поверхности вглубь земли за период от плиоцена до наших дней. Мощность криолитозоны неразрывно связана со сплошным и несплошным ее распространением по площади и по разрезу, а также с типом криогенного строения по составу пород, их льдистости и по способу промерзания. Сплошность (прерывистость) распространения криолитозоны по площади определяется развитием сквозных и несквозных таликов различных генетических типов:
1) радиационно-тепловых, подчиняющихся широтной зональности и высотной поясности теплообмена;
2) гидрогенных (водно-тепловых) за счет поверхностных, русловых и озерных вод;
3) гляциогенных за счет формирования положительных, близких к 0° С температур на подошве ледников;
4) гидрогеогенных, хемогенных и вулканогенных за счет водно-тепловых и тепловых процессов, происходящих в толще пород.
Сплошность (прерывистость) криолитозоны в разрезе определяется наличием и сочетанием ярусов толщ горных пород: мерзлых (со льдом); морозных (безо льда); охлажденных ниже 0° С с солеными водами; и реликтовых, залегающих на некоторой глубине от поверхности. Такая сложность разреза криолитозоны потребовала раздельного картирования его частей по различным геологическим структурам и рельефу. Поскольку наибольшие мощности криолитозоны (при прочих равных условиях) характерны для скальных пород, то в легенде карты показан их преобладающий состав и трещиноватость, а на основе сравнения их геологического возраста и геологического времени промерзания пород указан тип промерзания толщи (син- или эпигенетический, или присутствие по площади того или другого типа промерзания). Такая сложность разреза криолитозоны в различных ее частях потребовала раздельного отражения на карте каждой части разреза.
Мощность многолетнемерзлых толщ горных пород криолитозоны отражена на карте при помощи 18 градаций, описывающих диапазоны изменения мощности верхней части разреза в каждой мерзлотно-геологической или структурно-геологической зонах.
Мощность мерзлых пород в южной геокриологической зоне показана четырьмя градациями: 0-15, 0-25, 0-50, 0-100 м. Первая цифра интервала градации "нуль" обозначает, что в пределах этих территорий развиты не только мерзлые, но обязательно и талые породы, занимающие часть территории зоны.
Мощность мерзлых пород в северной геокриологической зоне показана на карте при помощи 14 градаций: 50-150, 100-200, 100-300, 200-300, 200-400, 300-400, 300-500, 400-600, 500-700, 700-900, 900-1100, 1100-1300 и более 1300 м. Диапазон значений мощности на каждом участке является преобладающим, т.е. ему соответствует более 50% площади.
Мощность многолетнемерзлых толщ является важнейшей характеристикой криолитозоны, присущей первому от поверхности и весьма мощному по толщине ярусу, отражающему тип криогенеза и льдистость. На карте мощность яруса мерзлых пород показана штриховкой красного цвета, частота которой возрастает по мере углубления подошвы мерзлой толщи. При этом для усиления этой закономерности при переходе от южной геокриологической зоны к северной направление штриховки меняется с горизонтальной на наклонную, вертикальную и сетчатую.
Реликтовые многолетнемерзлые породы плейстоценового криогенного возраста, содержащие лед и сохранившиеся от оттаивания в период
голоценового оптимума на некоторой глубине от поверхности, обнаружены и изучены на Европейском Севере, в Западной Сибири и в ряде впадин
Забайкалья.
Мощность и глубина залегания реликтовых мерзлых толщ показана на карте штриховкой черного цвета. Поскольку реликтовыми называют только те плейстоценовые многолетнемерзлые породы, которые разобщены талым слоем с верхним ярусом мерзлых пород позднеголоценового промерзания, либо перекрыты талыми породами прямо с поверхности, то на карте кроме распространения и мощности самих реликтовых толщ показаны перекрывающие их талые и мерзлые слои.
Мощность слоя талых пород читается на карте по разности глубин залегания кровли реликтовой толщи и подошвы многолетнемерзлых пород, развитых с поверхности. Наиболее частой штриховкой показаны участки реликтовых мерзлых толщ с глубиной залегания кровли до 100 м, занимающих в Западной Сибири и на Европейском Севере наиболее северное положение по сравнению с глубокозалегающими толщами. Наиболее глубокозалегающие (глубже 200 м) реликтовые мерзлые породы развиты вблизи или даже южнее границы современного распространения мерзлоты. Такие участки на карте показаны наиболее редкой штриховкой.
Распространение и мощность охлажденных ниже 0° С пород с солеными водами и рассолами (криопэгами) в разрезе криолитозоны показаны в следующих случаях:
1) под однослойной, залегающей с поверхности субаэральной мерзлой толщей пород;
2) под реликтовой субаэральной мерзлой толщей;
3) под реликтовой субаквальной мерзлой толщей;
4) под ледниками на арктических островах;
5) под арктическими морями.
В разрезе криолитозоны породы с криопэгами могут залегать с поверхности (на побережье арктических морей), между пластами мерзлых и морозных пород в случае резкого различия водопроницаемости и подстилать мерзлые и морозные породы снизу в виде бассейнов и других структур различной водообильности.
Распространение и мощность охлажденных ниже 0° С пород с солеными водами и рассолами показаны на карте штриховкой зеленого цвета, различающейся направлением и частотой. |
