Document4

Составитель: Н.В. Осинцева

Источники:Ершов Э.Д. Общая геокриология. М.: Изд-во МГУ,

2002.- 682 с.

Емельянова Т.Я., Крамаренко В.В. Практикум по мерзлотоведению. Томск: Изд-во Томского политех. Ун-та, 2010.- 120 с.

Ипатов П.П., Строкова Л.А. Общая инженерная геология. Томск, изд-во ТПУ, 2012. – 365 с.

Многолетнемерзлые грунты

конспект лекций

Мерзлые грунты – любые горные породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть воды перешла в кристаллическое состояние.

Морозные грунты – горные породы, имеющие отрицательную температуру, но не содержащие льда.

Многолетнемерзлые грунты - горные породы, находящиеся в мерзлом состоянии более трех лет.

Криосфера – оболочка Земли, в которой одновременно могут существовать лед, вода и пар

Криолитозона – область распространения мерзлых пород (сезонно- и многолетнемерзлых).

Она подразделяется на субаэральную, субгляциальную, субмаринную.

Западная Гренландия. Космический снимок NASA E0-1 29/08/2009

http://bigpicture.ru/?p=14343

Виды льда в многолетнемерзлы

х породах

• отдельные кристаллы

• шлиры• крупные массы

подземного льда

Мерзлые суглинки с наклонными шлирами льда в керне инженерно-геологической скважины (Байдарацкая губа)

Рокос С.И., Длугач А.Г., Локтев А.С., Костин Д.А., Куликов С.Н. Многолетнемерзлые породы шельфа Печорского и Карского морей: генезис, состав, условия распространения и залегания // Инженерные изыскания. 2009. № 10. С. 38-41.

Генетические типы подземных льдов

1. Полигонально-жильный

2. Инъекционный

3. Сегрегационный

4. Лед-цемент

5. Трещинный

Ископаемый инъекционный лед, Центральный Ямалhttp://geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000056/st017.shtml

Полигонально-жильный

лед. Центральная Якутия.

Фото П. Неустроева

Криолитологический разрез обнажения Таб-Саля (низовья р. Енисей) с пластовой залежью

инъекционного льда (по данным на 01.08.1978)

Карпов Е.Г. О происхождении мощных пластовых подземных льдов в низовьях Енисея. Геология и геофизика, 1984, № 1, с. 118-122. http://www.evgengusev.narod.ru/enlit/karpov-1984.html

Лед в многолетнемерзлых горных породах

Эпигенетический – образовавшийся после накопления осадков (вмещающей породы)

Сингенетический – образовавшийся одновременно с накоплением вмещающих осадков

Погребенный лед

Лед, образовавшийся на земной поверхности или в водоемах, а затем перекрытый осадками. Таким льдом может быть как глетчерный (фирновый), так и конжеляционный (наледный, речной, озерный, морской) лед

Погребенный глетчерный лед в восточной части обнажения Ледяная Гора (05.07.1973)//Карпов Е.Г. О происхождении мощных пластовых подземных льдов в низовьях Енисея. Геология и геофизика, 1984, № 1, с. 118-122.

http://www.evgengusev.narod.ru/enlit/karpov-1984.html

Классификация мерзлых грунтов по льдистости

ГОСТа 25100–95. «Грунты. Классификация»

Разновидность грунтов

Льдистость за счет видимых ледяных включений

Скальные и полускальные

грунты

Дисперсные грунты

Слабольдистый <0,01 <0,20

Льдистый 0,01–0,05 0,20–0,40

Сильнольдистый

>0,05 0,40–0,60

Очень сильнольдистый

– 0,60–0,90

Строение многолетней мерзлоты Западно-Сибирской равнины

Виды многолетнемерзлых грунтов

O Твердомерзлые грунты - прочно сцементированы льдом, содержат малое количество талой воды. Температура ниже –0,3°С (пылеватые пески) - –1,5°С (глины).

O Пластично-мерзлые грунты - сцементированы льдом, но содержат значительное количество талой воды, благодаря чему сжимаются под нагрузкой. Температура от 0°С до температуры твердомерзлых грунтов.

O Сыпуче-мерзлые грунты – маловлажные несцементированные песчаные и крупнообломочные грунты.

Географическое Распространение многолетней мерзлоты

Многолетняя криолитозона/Большая советская энциклопедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа http://dic.academic.ru/. Дата обращения 25.02.2014 г.

http://dic.academic.ru/

Площадь распространения многолетнемерзлых пород в России составляет около 60% (примерно 10 млн. км2)

Карта многолетней мерзлоты. 1: 30 000 000 // Экологический атлас России, 2007

Зоны распространения многолетней мерзлоты

O Редкоостровное – отдельные разобщенные участки мерзлых пород занимают до 25% территории района

O Массивно-островное – 25–75% территории с мерзлыми породами

O Прерывистое – 75–95% территории с мерзлыми породами

O Сплошное – 95–100% с мерзлыми породами.

Соотношение распространения многолетнемерзлых и талых пород в Южной (а,б,в) и Северной (г) геокриологических зонах(Ершов Э.Д., 2002)

Распространение многолетнемерзлых пород (мерзлые толщи заштрихованы): а – редкоостровное, б – массивноостровное, в – прерывистое, г - сплошное

Площадь распространения многолетнемерзлых пород в России составляет около 60% (примерно 10 млн. км2)

Карта многолетней мерзлоты. 1: 30 000 000 // Экологический атлас России, 2007

Температура многолетнемерзлых пород

O Температура многолетнемерзлых пород изменяется от -19°С до долей градуса ниже нуля.

O Колебания температуры многолетнемерзлой толщи происходят до глубины 15-30 м.

O Нижняя граница колебаний температур называется подошвой слоя годовых колебаний температуры.

Характерные графики изменений температуры в скважинах, вскрывших многолетнемерзлые породы (на примере районов Варандейского побережья Байдарацкой губы)


Особенности физико-механических свойств мерзлых грунтов

монолитность ;

высокая суммарная влажность;

малая плотность частиц грунта;

низкая водопроницаемость;

высокая прочность;

релаксация (ослабление плотности) под нагрузкой;

зависимость свойств грунта от температуры;

наличие криогенной текстуры и криогенной структуры

Криогенная текстура мерзлых пород

Механизмы формирования

криогенной текстуры

O Инфильтрационный

O ИнъекционныйO ЦементныйO Аблимационный

(сублимационный)

- это такое сложение ее ледяного каркаса, состоящего из включений и прослоев льда, при котором структура минерального скелета разделена на отдельности

Виды криогенной текстурыНаложенная Формируется чаще в

дисперсных горных породах

Возникает в однородных горных породах под влиянием процессов промерзания

Бывает трех типов:1. Массивная2. Слоистая3. Сетчатая

Унаследованная Формируется чаще в

скальных горных породах Связана с особенностями

первичного сложения грунтов до промерзания

Бывает пяти типов:1. Трещинная2. Трещинно-жильная3. Пластово-трещинная4. Пластово-трещинно-

поровая5. Пластово-трещинно-

карстовая

Твердомерзлый песок с массивной криотекстурой и прослоем сегрегационного льда

(Варандейское побережье, восточная часть Баренцева моря)

Керн из толщи мерзлых песков (в районе варандейского побережья). В твердомерзлом песке с массивной криотекстурой по наклонному прослою оторфованного суглинка наблюдается

выдерение сегрегационного молочно-белого льда.1 – мерзлый песок, 2 – сегрегационный лед в виде линзы, 3 – оторфованный суглинистый прослой, 4- гнездо торфа


Слоистая (шлировая) криотекстура синкриогенных пород ледового комплекса

(Центральная Якутия, долина р. Лены)

Конченко Л.А. Аппроксимация показателей льдистости и влажности многолетнемерзлых пород с

использованием модели регрессии// Криосфера Земли. – 2007. – Т.XI. – №2. – С. 40–48.

Крупносетчатая криогенная текстура многолетнемерзлых горных пород

http://geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000056/st017.shtml

Классификация криогенных текстур в многолетнемерзлых скальных породах (по А.А. Каган, Н.Ф. Кривоноговой, 1978)

Название криогенных текстур

Описание криогенных текстур Основные типы пород, для которых характерна криотекстура

Трещинная Лед по трещинам в виде пленок, корок по стенам или цемента и шлиров в заполнителе трещин

Магматические – граниты, диабазы, андезиты, базальты

Трещинно-жильная Лед заполняет всю площадь сечения, образуя прожилки

Метаморфические – роговики, кварциты, кристаллические сланцы, гипсы

Пластово-трещинная

Ледяные жилки по трещинам напластования создают основной облик криотекстуры, льдосодержание трещин других систем имеет подчиненное значение

Осадочные – доломиты, известняки, мергели, алевролиты

Пластово-трещинно-поровая

Ледяные жилки по трещинам напластования и лед-цемент в порах породы, льдосодержание трещин других систем имеет подчиненное значение

Осадочные – песчаники, глинистые сланцы, мергели

Пластово-трещинно-карстовая

Ледяные жилки по трещинам напластования и пустотам выщелачивания и растворения создают основной облик криотекстуры, льдосодержание трещин других систем имеет подчиненное значение

Осадочные – известняки, доломиты (карстующиеся), гипсы, каменная соль

Трещинно-жильный лед

Курдяков В.С. Полигонально-жильный

лед в бассейне р. Амгуэмы (северная часть Чукотского

полуострова) // Подземный лед. Выпуск I. М.: Изд-во МГУ. 1965.

С. 87-103.

Ледяная жила на высокой пойме в среднем течении р.

Амгуэма

Пластово-трещинно-карстовый лед

Ледяная жила в пещере Высоцкого. Фото И. Афанасьевой // Малков В.Н. и др. Карст и пещеры Пинежья. М.: Ассоциация «ЭКОСТ», 2001. – 208 с. http://www.nordspeleo.ru/cca/kipp/index.htm

Пластовый лед

Ефремов Ю.К. Природа моей страны. Электронная версия. http://yuri-efremov.ru/main/works/priroda-moej-

strany/

Криогенная структура мерзлых грунтов

Проявляется в изменении структуры органо-минерального скелета горных пород в процессе их замерзания и оттаивания.

При быстром промерзании происходит дробление минеральных отдельностей и повышение дисперсности частиц.

При медленном промерзании происходит уплотнение минерального скелета и возрастание прочности породы.

При оттаивании происходит разупрочнение пород.

Специальные свойства мерзлых грунтов суммарная влажность (отношение массы всех

видов воды, содержащейся в мерзлом грунте, к массе сухого грунта, доли единицы);

суммарная льдистость (отношение объема льда, содержащегося в мерзлом грунте, к объему мерзлого грунта, доли единицы);

степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и жидкой водой;

плотность скелета мерзлого грунта; величина относительного сжатия мерзлого грунта

при переходе его в оттаявшее состояние (отношение изменения толщины слоя грунта при оттаивании к первоначальной толщине);

Специальные свойства мерзлых грунтов

величина сил сцепления мерзлого грунта; коэффициент теплопроводности (количество

теплоты, проходящей через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2, за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте Вт/(м×°С), ккал/(м×ч×°С));

объемная теплоемкость (отношение теплоёмкости образца вещества к его объему, Вт∙ч/(м3×° С));

степень засоленности (количество воднорастворимых солей, % от массы сухого грунта).

Documents

Document4