Анализируются гипотезы образования уникальных природных образований - пластовых залежей подземного льда в северных районах Западной Сибири. На опорных разрезах в районах оз. Нейто, низовьев р. Сеяхи и м. Харасавэй обосновывается морской генезис вмещающих пластовые льды отложений, устанавливается парагенетическая связь текстурообразующих и пластовых льдов с вмещающей мерзлой толщей пород. Вывод подтверждается результатами комплексных исследований: криолитологических, структурных, фаунистических и геохимических.

Пластовые подземные льды неоднократно были описаны исследователями Западной Сибири. Широкое распространение пластовых льдов на Ямале и Гыдане и отсутствие их на Тазовском полуострове - первый важный факт. Из него следует, что пластовые льды свойственны районам мощного осадконакопления в плейстоцене (Ямал и Гыдан). Что же касается Тазовского п-ова, большая часть которого в плейстоцене являлась в основном областью сноса, то здесь даже детальные исследования пока не обнаружили пластовых льдов.

В разрезах мерзлых отложений Западной Сибири пластовые льды при мощности от первых метров до 30-40 в рельефе не выражены и протягиваются на сотни, иногда первые тысячи метров. Рис. 1 дает представление о глубинах залегания, мощности льдов и составе вмещающих пород. Большинство льдов сосредоточено в верхнем горизонте мерзлой толщи, хотя имеются наблюдения за пластами льда на глубинах в 100-200 м.

Пласты льда приурочены в основном к контакту глинистых пород и песков или к месту их фациального замещения; они покрываются глинистыми породами (83% разрезов) и подстилаются песчаными (63% разрезов), реже отмечается обратная картина. Покрывающие отложения характеризуется строением, присущим эпикриогенным толщам: крупносетчатые и «блоковые» толстошлировые криотекстуры, влажность минеральных отдельностей на границе раскатывания при большой шлировой льдистости. Подобное строение пород свойственно участкам, где вмещающие отложения и лед не затронуты переработкой и наблюдается «первичный» контакт льда и мерзлого грунта.

Таковы общие сведения о соотношении залежей подземного льда и мерзлых пород. Для восстановления условий их формирования нами использованы результаты полевых и лабораторных исследований мерзлых пород и льдов в опорных районах Ямала (оз. Нейто, низовья р. Сеяхи, м. Харасавэй).

Опорные районы находятся в сходных геологических условиях. Вся территория от Нейтинских озер на востоке до м. Харасавэй на западе покрыта четвертичными отложениями, мощность которых порядка 150 м. Они представлены однообразной глинистой толщей ямальской серии (по Г.И. Лазукову и И.В. Рейнину); это слюдистые, зеленовато-серые глины и суглинки, горизонтально-слоистые с отдельными включениями гальки, валунов и маломощными линзами песков. В ряде разрезов слоистые породы замещаются мореноподобными плохосортированными суглинками. Верхняя часть разреза этой толщи имеет более песчанистый состав. В низовьях р. Сеяхи и на м. Харасавэй ямальская толща перекрыта песчано-суглинистыми отложениями третьей и второй морских террас.

На оз. Нейто в верхах ямальской глинистой толщи в образцах с глубин 3, 12, 18, 21 м Г.Н. Недешева обнаружила арктические фораминиферы Buccella frigida (Cushman). Диатомовый анализ этих образцов показал, что в них встречаются Melosira sulcata var. sibirica (типичная прибрежная литоральная форма).

В низовьях р. Сеяха в глинах на глубине 21-24 м, над пластом льда обнаружен горизонт с раковинами моллюсков, принадлежащими, по заключению О.М. Петрова, подвиду Portlandia arctica aestuariorum Mossevitsch, ныне живущему в арктических морях, в опресненных районах. Наличие в породе целых экземпляров с сомкнутыми или полураскрытыми створками и их различная ориентировка свидетельствуют о захоронении раковин на месте обитания. Все это позволяет О.М. Петрову предполагать, что накопление происходило в обстановке морского бассейна пониженной солености.

Из этого же горизонта глин Е.В. Постниковой определены четыре вида остракод: Cytheridea papilosa, Acantocytheris (?) dunelmensis (Norman), Cytheropteron montrosiense Brady Crosskey et Robertson, Cytheropteron sulense, которые характеризуют прибрежно-морскую среду осадконакопления.

Условия залегания и строение пластовых подземных льдов в опорных районах существенно различаются.

В обрывах оз. Нейто пласты льда залегают под песчано-глинистой толщей на глубине 14-26 м. Льды приурочены к выходам глинистых пород на северной и западной сторонах озера. По данным бурения на прилегающей к озеру равнине глубина залегания кровли льдов по площади меняется от 2,8 до 23,5, а их подошва залегает ниже уровня озера на 15-17 м. Максимальная модность льдов в этом районе достигает 19 м; видимая протяженность в обнажениях - 150-200 м. Лед покрывается глинистыми осадками, а подстилается глинистыми, песчаными глинами и песками. Контакт льдов и покрывающих глин неровный, вдоль контакта местами прослеживается невыдержанный прослой мелких гравелистых льдистых песков толщиной 0,1-0,5 м. Состав и строение пластовых льдов изменчивы по простиранию и глубине при сходных условиях залегания. Каждый пласт льда - это сложное по структуре и текстуре образование, которое состоит из частей (или слоев) чистого льда с примесью газа, льда с примесями грунта и газа и «ледогрунта», чередующихся по разрезу и простиранию. Типично горизонтальное или слабонаклонное залегание ледяных тел, почти не деформирующих покрывающие породы.

В низовьях р. Сеяхи льды сосредоточены в останцах третьей морской террасы. Кровля льдов залегает на глубине от 1 до 30 м, протяженность достигает несколько сотен, иногда тысяч метров, а видимая мощность не превышает 15-20 м. Лед перекрывается глинами; подстилающие пески вскрываются в единичных случаях. Состав и строение залежей льда в этом районе характеризуются наибольшей сложностью. Здесь отмечаются залежи из чистого льда, изо льда с примесью грунта и из ледогрунта, состоящего из минеральных частиц (до 30-40%) и льда. Ранее [Дубиков и Корейша, 1964] выделили здесь простые залежи льда, не нарушающие горизонтального положения вмещающих пород, и сложные залежи (лакколиты, штоки), деформирующие, разрывающие породы покрывающей мерзлой толщи. В результате исследований 1979 г. в обнажениях террасы на фоне протяженной (около 600 м) горизонтальной пластовой залежи прослежены куполовидные складки. Ядро складок сложено чистым льдом, смятым в микроскладки ледогрунтом и льдом с примесью грунтовых частиц, а крылья - льдистыми глинами, слои которых повторяют конфигурацию кровли ледяного ядра. Крылья складок наклонены под разными углами (от 12 до 50°); в поперечном разрезе складки измеряются первыми десятками метров. Образование складок в залежах льда связывается нами с явлением криодиапиризма. Суть его заключается в следующем. В процессе эпигенетического промерзания влажных пород формирующейся мерзлый экран приводит к накоплению отжатых при уплотнении осадков грунтовых вод в регионально или локально развитых породах-коллекторах, или в виде линз чистой воды на границе раздела песчаных и глинистых или мерзлых и талых пород. «Запечатанные» таким путем объемы грунтовых вод в осадочной толще испытывали на себе резкое усиление постоянно растущего давления (напора) и являлись источником образования пластовых залежей льда сегрегационного типа на первых этапах сработки запасов водонасыщенного слоя. С продвижением фронта промерзания вглубь давление в системе «порода-вода» превышало прочность мерзлой кровли, происходил локальный изгиб слоев с образованием складок или разрывом сплошности мерзлой толщи на участках с максимальным сосредоточением напора. Поднятие (или прорыв) слоев и потеря какого-то объема пластовых вод осадочного чехла представляет собой природный процесс выравнивания давлений, переход в новое временно уравновешенное состояние промерзающих осадочных толщ. Таким образом, криодиапиризм - это субвертикальное перемещение грунтовых растворов (вод) в промерзающих дисперсных породах к поверхности Земли в результате напорной миграции, возникающей под действием криогенного напора (давления). Проявления криодиапиризма характерно для ранних стадий существования рыхлых водонасыщенных осадков. Криодиапиризм мог проявляться при условии, что в процессе диагенеза и промерзания рыхлых отложений происходило отжатие вниз, накопление и запечатывание воды внутри осадков. Движение грунтового раствора к поверхности Земли было обусловлено необходимостью снятия пластовых давлений, связанных с накоплением грунтовых вод, и действием криогенного давления в результате изменения фазового состава воды и объема всей системы. Поскольку промерзающая толща осадков стремится к стабильному, уравновешенному состоянию, то при больших запасах грунтовых вод в ней происходит локальный изгиб слоев или их разрыв с излиянием грунтового раствора по трещинам разрыва и его замерзанием в них при падении давления и повышении температуры замерзания.

На м. Харасавэй в пределах второй и третьей морских террас пластовые льды вскрыты скважинами и прослежены в обрыве на берегу Байдарацкой губы. В обнажении ледяной пласт длиной около 100 м и видимой мощностью 4-5 м покрыт песчано-суглинистыми отложениями. Строение залежи льда сложное. В ней отмечено чередование слоев чистого льда и льда с большим количеством алевритовых частиц (толщина слоев от нескольких миллиметров до 20 см); разнообразное залегание слоев льда (горизонтальное, косое, вертикальное, иногда слои образуют небольшие складки); включения песчаных линз, залегающих согласно напластованию покрывающих пород. Скважинами вскрыты два горизонта льда: кровля верхнего (его мощность 0,5-5 м) залегает на глубине 1,5-8 м; нижнего (мощностью 2,5-7 м) - на глубине 8-13,5 м. Оба горизонта льда залегают в песках с прослоями детрита (влажность песков, покрывающих верхний слой льда 10-15%, а подстилающих - 45-50%). С глубины 16-20 м вскрываются слоистые глины. Восточнее обнажения пластовые льды в песчаных отложениях второй морской террасы вскрыты скважинами на протяжении около 3 км. Кровля этих льдов залегает на абсолютных отметках 11-12 м, а их мощность достигает 7-8 м.

Гранулометрическое изучение вмещающих льды плейстоценовых отложений показало, что они представлены в основном глинистыми породами; песчаные мелкозернистые разности сосредоточены преимущественно в верхней части разреза. В тонкоотмученных глинах частицы глинистой фракции составляют 80-90%, из них на коллоидные частицы приходится 40-80 (рис. 2, 3). В мореноподобных глинистых породах содержание глинистых частиц достигает 40-50%, в песчаных - 40. Ледогрунтовые элементы залежей льда состоят из песчанистых глин с включениями гравия, мелкозернистых песков и тонкоотмученных глин.

Выше отмечалась невысокая влажность отдельностей глин в кровле пластовых льдов. Значение этой характеристики сокращается с глубиной при увеличении в этом же направлении шлировой льдистости грунтов (см. рис. 2). Уменьшение влажности отдельностей грунта является следствием их обезвоживания под воздействием процессов миграции воды и криогенного давления, обусловленного льдовыделением с образованием пластов льда. Предел прочности отдельностей глин в оттаявшем состоянии при одноосном сжатии резко возрастает в небольшом диапазоне глубин: от 7,2-7,8 кгс/см² на глубинах 12-17 м до 20,2 кгс/см² в слое, контактирующем с пластом льда на глубине 24 м (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики глин, перекрывающих пласт льда (оз. Нейто).

Ссылка на статью:

Дубиков Г.И. Парагенез пластовых льдов и мерзлых пород Западной Сибири. - В кн.: Пластовые льды криолитозоны. Якутск: ИМ СО АН СССР, 1982, с. 24-42.