Мерзлотные условия рассматриваемой области были охарактеризованы в коллективной монографии [Геокриологические…, 1964]. За десятилетие, прошедшее с момента ее выхода в свет, накоплен обширный фактический материал, не только расширяющий и уточняющий, но и качественно меняющий (по некоторым вопросам) существовавшие представления о мерзлой зоне региона. Рассмотрению новых воззрений посвящена данная статья.

Особенности мерзлой зоны региона определяются тремя группами факторов: 1) палеоклиматическими и палеогеографическими, 2) физико-географическими, 3) гидрогеологическими. В разных частях Тимано-Уральской области продолжительность и климатические особенности континентального периода формирования мерзлой зоны неодинаковы, что не могло не повлиять на мощность, особенности ее строения и в значительной мере на обусловленные ими гидрогеологические условия различных площадей. Длительность континентального периода развития мерзлоты, принятая при районировании за критерий выделения мерзлотных зон (рис. 1), возрастает с севера на юг [Зархидзе, 1966]. В этом же направлении увеличивается суммарная продолжительность эпох с суровым климатом и число эпох потеплений за рассматриваемый период. В соответствии с этим с севера на юг растут мощности мерзлых массивов (вопреки современной климатической зональности); территории с однослойной мерзлой зоной сменяются площадями с двухслойной, а те, в свою очередь, - площадями с реликтовыми (доголоценовыми) массивами; подзона подмерзлотных криопэгов переходит в подмерзлотные пресные и слабосолоноватые пэги с депрессиями пластовых давлений, обусловленными деградацией мерзлой зоны снизу [Толстихин и Толстихин, 1972]. Еще южнее развиты пресные подмерзлотные воды, уровенная поверхность которых контролируется рельефом.

Рассмотренное выше влияние палеоклиматических и палеогеографических факторов проявляется в районах со сплошной и прерывистой мерзлой зоной и особенно четко в тех случаях, когда ее разрез сложен мощной (более 200 м) толщей рыхлых или слабосцементированных юрско-четвертичных отложений, обладающих повышенной тепловой инерционностью (например, Большеземельская мерзлотная область, см. рис. 1, 2 и таблицу). Проявление палеомерзлотной зональности сказывается в увеличении в южном направлении возраста наиболее мощных мерзлых массивов (рассчитанного по формуле [Шарбатян, 1973]; см. таблицу). Отсутствие в Усинокоротаихинской мерзлотной области (характеризующейся маломощным чехлом рыхлых отложений) массивов вашуткинского возраста (Q_II⁴) свидетельствует о полной деградации мерзлой зоны этой области в казанцевское время (Q_III¹).

Современная климатическая зональность проявляется внутри мерзлотных зон при значительной их меридиональной протяженности (во II зоне - в Печорском угольном бассейне, в III зоне - в Малоземельной тундре и т.д., рис. 1). Здесь же прослеживается влияние орогидрографических факторов на распространение, мощность и температурный режим мерзлой зоны, выражающееся в приуроченности наиболее мощных и низкотемпературных мерзлых массивов, как правило, к водоразделам, а таликов - к долинам [Геокриологические…, 1964].

На распространение мерзлых массивов существенно влияют гидрогеологические условия. Так, по С.Е. Суходольскому [Геокриологические…, 1964], в Воркутском районе и на прилегающей территории в случаях, когда преимущественно суглинистые кайнозойские отложения, отличающиеся пониженными скоростями фильтрации подземных вод, имеют мощность до 10 м, мерзлота островная (участки с мерзлыми породами занимают не более 50% площади); при большей мощности кайнозойского чехла распространение мерзлой зоны прерывистое или сплошное. Анализ фактического материала позволяет развить это положение: на площадях, климат которых сходен с климатом Воркутского района, при мощностях преимущественно связных отложений от 10 до 80 м, в пределах региона отмечается прерывистое распространение мерзлой зоны (она занимает 50-90% площади); при мощностях этих отложений более 80 м фиксируется сплошное развитие мерзлоты, а при мощностях более 200-250 м регистрируется аномально глубокое залегание ее нижней границы: до 300-500 м (Большеземельская мерзлотная область, см. рис. 1, 2). Последнее установлено на площадях, отнюдь не характеризующихся пониженными плотностями теплового потока, т.е. аномальность значений мощности мерзлоты обусловлена в данном случае только совместным влиянием палеоклиматического и гидрогеологического факторов. Зависимость сплошности мерзлой зоны от последнего (фактически от мощности рыхлых отложений) на площадях с более «мягким» климатом, чем в Воркуте, становится еще четче, а в более северных районах она, наоборот, постепенно ослабевает.

Основная тенденция современного развития мерзлой зоны региона - деградационная, проявляющаяся в наличии отрицательных геотермических градиентов в мерзлой зоне [Геокриологические…, 1964; Оберман и Какунов, 1973], наиболее характерных для самых северных районов. Отрицательный градиент типичен для глубин не ниже 250 м; его величина (так же как и значение положительного градиента в этом интервале разреза) зависит преимущественно от температуры слоя годовых теплооборотов [Оберман и Какунов, 1973]. При этом то значение температуры последнего, которое определяет возможность наличия или отсутствия отрицательного градиента в мерзлой зоне, само зависит от палеомерзлотных условий. На побережье Печорского и Карского морей, где голоценовый климатический оптимум вызвал только относительно небольшое повышение температуры мерзлой зоны, отрицательные градиенты отмечаются при температурах слоя годовых теплооборотов до минус 51 [Оберман и Какунов, 1973]. В более южных районах, например в Воркутском, оптимум с температурой воздуха на 2-3° выше современной [Синицын, 1967] должен был вызвать (учитывая, что ныне здесь температура мерзлой зоны не ниже минус 2,5°) частичную деградацию мерзлоты и повышение температуры оставшихся мерзлых массивов примерно до нуля - минус 0,5°. Поэтому отрицательные геотермические градиенты в настоящее время фиксируются в районе при температуре слоя годовых теплоборотов не менее минус 0,5°.

Ниже глубины 250 м наибольшее воздействие на величину градиента криолитозоны оказывают гидрогеологические условия. Нами установлено [Оберман и Какунов, 1973], что положительный градиент увеличивается по сравнению с верхним интервалом, если развиты пресные и солоноватые подземные воды и уменьшается в 2-4 и более раз при сильносолоноватых (свыше 30 г/л) и рассольных криопэгах. В последнем случае отмечается наибольшая мощность криолитозоны.

Мерзлая зона региона как в южных, так и в северных его районах разбита системами трещин различного генезиса, особенно густо развитых на участках, тяготеющих к сквозным и несквозным таликам. Талые трещины, обычно вмещающие пресные межмерзлотные воды с положительной температурой (вблизи морского побережья - вмещающие криопэги), как правило, приурочены к контактам пород различного литологического состава.

Трещиноватость мерзлой зоны предопределила ее газопроницаемость [Зимаков, 1965] и водопроницаемость на ряде площадей региона. Водопроницаемость зоны (впервые установленная нами в Воркутском районе) подтверждается многими фактами: приуроченностью наивысших отметок уровнен подмерзлотных вод к промороженным водоразделам [Кальм и Оберман, 1969; Оберман, 1971; 1972]; равенством расчетных величин инфильтрационного питания подземных вод на промороженных и талых водоразделах; отсутствием влияния мерзлой зоны на гидродинамическую и горизонтальную гидрохимическую зональность [Оберман, 1971; 1972]; равенством модулей подземного стока для одноименных водоносных комплексов в области мерзлых пород и вне ее; осушением межмерзлотных линз при отборе подмерзлотных вод; несопоставимостью фильтрационных возможностей таликов с величиной отбора (120 000 м³/сут.) преимущественно динамических запасов подземных вод и т.д.

Однако анализ гидрогеологических (и, в частности, гидродинамических и гидрохимических) условий региона показывает, что мерзлая зона становится водонепроницаемой, когда ее мощность достигает примерно 150 м в случае промороженности рыхлых юрско-кайнозойских отложений и 300 м при промороженности терригенных пермских и триасовых пород.

В заключение подчеркнем, что, несмотря на относительную длительность изучения мерзлотных условий региона, очень многое остается невыясненным. Задачи ближайших исследований заключаются в: 1) пополнении характеристики мерзлотных зон Большеземельской тундры, и в первую очередь сведениями о распространении, глубине залегания и температуре реликтовой мерзлой зоны; 2) получении сведений об основных параметрах мерзлой зоны Приполярного, Полярного Урала и Пай-Хоя; 3) уточнении критериев водопроницаемости мерзлой зоны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Геокриологические условия Печорского угольного бассейна. Монография под ред. Н.Г. Бобова и Л.А. Братцева. «Наука», 1964.

2. Зархидзе В.С. История развития Тимано-Уральской области в связи с изучением ископаемых комплексов моллюсков. В сб.: «Геология кайнозоя севера европейской части СССР». Изд-во МГУ, 1966.

3. Зимаков Б.М. Газоносность. В кн.: «Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР», т. 3. «Недра», 1965.

4. Кальм В.А., Оберман Н.Г. О водопроницаемости деятельного слоя и многолетнемерзлой зоны Воркутского угольного района. «Изв. высш. учебн. завед.», геол. и разв., 1969, № 10.

5. Оберман Н.Г. Верхний горизонт межпластовых вод кайнозойских отложений в зоне прерывистых многолетнемерзлых пород и некоторые черты их режима. В сб.: «Тезисы докладов семинара по обмену опытом изучения режима подземных вод и инженерно-геологических процессов в районах распространения многолетнемерзлых пород». Изд. МГ и ОН РСФСР, 1971.

6. Оберман Н.Г. Динамика подземных вод северной части Усинокоротаихинского артезианского бассейна. В сб.: «Проблемы региональной динамики артезианских вод». Изд. ГО СССР, 1972.

7. Оберман Н.Г., Какунов Н.Б. Определение мощности пояса отрицательных температур горных пород на побережье Арктики. В кн.: «II Международная конференция по мерзлотоведению», вып. 2. Якутск, 1973.

8. Синицын В.М. Введение в палеоклиматологию. «Недра», 1967.

9. Толстихин О.Н., Толстихин Н.И. Некоторые вопросы криогенеза и динамики подземных вод артезианских бассейнов области развития мерзлой зоны. В сб.: «Проблемы региональной динамики артезианских вод». Изд. Геогр. о-ва СССР, 1972.

10. Шарбатян А.А. Формулы для оценки минимальных сроков образования и деградации криолитозоны. В кн.: «II Международная конференция по мерзлотоведению», вып. 1. Якутск, 1973.

Ссылка на статью:

Оберман Н.Г. Региональные особенности мерзлой зоны Тимано-Уральской области // Известия ВУЗов. Геология и разведка. 1974. № 11. С. 98-103.