ГЛАВА 2.

ОБЗОР ГИПОТЕЗ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДОВ

Несмотря на длительную историю изучения подземных льдов, вопрос о генезисе и механизме формирования наиболее экзотических их типов до сих пор практически не решен. В своей монографической работе Б.И. Втюрин отмечал: «Особенно сложным оказался вопрос о механизме формирования мощных пластовых льдов первично внутригрунтового льда. Неясен механизм образования инъекционных льдов. Даже хорошо изученные повторно-жильные льды имеют такие особенности строения, которые до сих пор у исследователей вызывают сомнения в правильности господствующих представлений, в частности контракционной теории, порождают новые гипотезы. Далеки от ясности вопросы механизма погребения первично поверхностных льдов, вопросы метаморфического преобразования подземных льдов и т.п.» [Втюрин, 1975, с. 5]. За прошедшие после опубликования цитируемой работы годы перечисленные в ней вопросы остаются нерешенными.

Однако проблема происхождения мощных подземных льдов имеет большое значение как для восстановления палеогеографической истории всего Северного полушария Земли, так и для решения практических задач хозяйственного освоения суровых и зачастую необжитых северных территорий. Между тем решение этой проблемы, выявление закономерностей и прогноз распределения этих образований в пространстве возможны лишь на генетической основе.

По современным представлениям, механизм льдообразования при промерзании горных пород рассматривается как следствие:

1)   кристаллизации воды, содержавшейся в увлажненных или водоносных горных породах до их промерзания, либо вследствие подтягивания капиллярной или связанной воды к фронту промерзания;

2)    миграции напорной фильтрации или инъекции воды под напором;

3)   инфильтрации поверхностной воды в трещины промерзающего или мерзлого массива.

В зависимости от геологических, гидрогеологических, климатических условий и других факторов природной обстановки в результате этих процессов формируются различные морфологические типы подземных льдов: текстурообразующие, жильные, линзообразные или пластовые.

Основными процессами формирования текстурообразующих льдов являются процессы замерзания влаги на месте или за счет перераспределения или миграции воды к фронту промерзания (сегрегация влаги), которая происходит из-за разницы температур в талых и промерзающих породах. Они обусловливают практически все многообразие первичных криогенных текстур мерзлых пород, среди которых выделяют массивные и шлировые разновидности. В зависимости от условий промерзания горных пород формируются разные типы, подтипы, виды и разновидности криогенных текстур, различающиеся наличием шлиров, их размерами, ориентировкой и интервалами между шлирами, классификация которых составлена Е.А. Втюриной и Б.И. Втюриным [Втюрин, 1975].

Процессы формирования криогенных текстур при сегрегационном льдовыделении во влажных (или водоносных) породах теоретически обоснованы и хорошо изучены как в лабораторных, так и в природных условиях. Наиболее значительный вклад в их изучение внесли G. Beskov (1935), М.И. Сумгин (1940), S. Taber (1943), А.А. Ананян (1952), И.А. Тютюнов (1951, 1953), П.А. Шумский (1955, 1959), А.М. Пчелинцев (1962, 1964), Е.М. Катасонов (1954, 1965, 1973, 2009), Б.И. Втюрин (1970, 1975), Э.Д. Ершов (1979) и др.

Первичные текстурообразующие льды возникают в условиях одновременного накопления осадков и их промерзания. Ледяные шлиры в образующейся таким путем мерзлой толще располагаются обычно параллельно с напластованием.

При напорной миграции внедряющаяся под давлением вода замерзает в создаваемых ею самой полостях на границе водонепроницаемого мерзлого слоя [Шумский, 1959], а также в различных трещинах в мерзлом массиве: диагенетических, тектонических и криогенных. В итоге формируются вторичные текстурообразующие льды, ледяные шлиры в которых могут быть расположены в любом направлении. Подобные криотекстуры, возникающие при попадании воды в трещины мерзлого массива, называют наложенными. С процессами напорной фильтрации свободной воды при промерзании связано формирование ледяных залежей в буграх, грядах и на площадях пучения, хорошо изученное для районов современного сезонного промерзания водоносных грунтов на участках напорной разгрузки подземных вод [Шумский, 1959].

Инъекционная гипотеза образования линз внутригрунтового льда в ядрах пучения появилась первой. Впервые бугры напорного пучения с ледяным ядром были отмечены Г. Родде в 1858 г. [Основы геокриологии..., 1959, гл. IX]. С.Г. Пархоменко (1929) назвал их ледяными лакколитами, а Н.И. Толстихин (1932) гидролакколитами. Различия во взглядах исследователей на формирование инъекционных льдов заключались в определении основных сил, создающих напор грунтовых вод. Одни исследователи связывали этот напор с давлением струй воды, нисходящей по склону, с водоупорным основанием (Л.П. Прасолов, С.Я. Яковлев, Е. Леффингвелл, Дж. Маккей и др.). Другие отдавали предпочтение гидростатическому напору подземных вод при промерзании замкнутых систем (С.А. Подьяконов, В.Н. Сукачев, М.И. Сумгин, И.Я. Баранов, П.А. Шумский, Ш.Ш. Гасанов и др.). Наиболее детально представления о напорном пучении при промерзании замкнутых систем разработал М.И. Сумгин (1929, 1931, 1940 и др.). Он полагал, что в пределах СТС ежегодно возникают замкнутые системы, промерзание которых приводит к дифференцированному пучению грунтов. В дальнейшем М.И. Сумгин разработал количественную теорию напорного пучения для бугров как сезонного, так и многолетнего. Он полагал, что промерзание подозерных таликов происходит так же, как и промерзание СТС, т.е. с образованием закрытых систем. Это представление М.И. Сумгина в дальнейшем подверглось сомнению в связи с изучением криогенного строения грунтов СТС (Е.М. Катасонов, Е.А. Втюрина, А.М. Пчелинцев, И.И. Шаманова). В настоящее время считается, что «напорный механизм пучения и образования сезонных бугров инъекционного пучения не на выходах подземных источников явление редкое» [Втюрин, 1975]. Однако современные исследования на севере Западной Сибири в зоне сплошного распространения низкотемпературных мерзлых пород, а также многолетние наблюдения Дж.Р. Маккея за ростом «пинго» на севере Канады, подтвердили справедливость представлений М.И. Сумгина об инъекционной природе ледяных линз, как сезонных, так и многолетних бугров пучения [MacKay, 1979].

Инъекционные льды изучались М.И. Сумгиным (1940), И.Я. Барановым (1940), П.Ф. Швецовым и В.П. Седовым (1940, 1941), П.А. Соловьевым (1952), П.А. Шумским (1955, 1959), А.М. Чекотилло (1940, 1960), Б.И. Втюриным (1963, 1975), Г.И. Дубиковым (1964, 1966), Ш.Ш. Гасановым (1964, 1981), Н.Г. Оберманом (1974, 1985, 1988), Дж. Маккеем [MacKay, 1971; 1983]. Механизм образования инъекций детально рассмотрен П.А. Шумским (1955, 1959). По его мнению, образование инъекционных льдов всегда связано с напорной миграцией свободных подземных вод или массы разжиженного грунта-плывуна, однако причины возникновения напора и роль промерзания воды при этом могут быть различными. В одних случаях промерзание только нарушает существовавший прежде гидрогеологический режим, уменьшая живое сечение потока подземных вод или создавая на его пути преграду из мерзлой водонепроницаемой породы. В этих случаях роль промерзания пассивна, а источником давления является гидравлический напор потока подземных вод. В других случаях при промерзании может возникать замкнутая система некоторый объем увлажненной породы, всесторонне ограниченный водонепроницаемой оболочкой, в которой свободного пространства недостаточно для компенсации увеличения объема воды, превращающейся в лед. В этих случаях напор воды или плывунной массы создается непосредственно самим промерзанием. Давление, которое может развиваться при замерзании воды в замкнутом объеме, например при температуре -22 °С, достигает 2047 атмосфер, а благодаря гистерезису превращения воды в лед, по-видимому, 2500 атмосфер [Основы геокриологии..., 1959, с. 287].

Б.И. Втюрин определяет инъекционный лед «как внутригрунтовый, образовавшийся, при кристаллизации свободных подземных вод, внедрившихся под напором извне» [Втюрин, 1975, с. 39]. Это определение инъекционного льда расходится с общепринятым [Шумский, 1955, 1959; Гасанов, 1963, 1969; Дубиков, 1967; Баулин и др., 1967]. Указанные исследователи к инъекционному относят лед, образовавшийся в результате внедрения плывуна и последующего процесса кристаллизационной дифференциации на ледяные шлиры и грунтовые прослойки. Б.И. Втюрин этот процесс считает типичным сегрегационным льдообразованием, а бугры пучения, образующиеся при этом, по его мнению, следует относить к типу смешанных инъекционно-сегрегационных [Втюрин, 1966].

Бугры пучения на промерзающих таликах в термокарстовых котловинах (аласах, хасыреях) большинство исследователей относит к инъекционным образованиям [Достовалов, Кудрявцев, 1967; Попов, 1967 и др.]. Однако Б.И. Втюрин (1975) считает основным процессом формирования бугров пучения с линзами льда сегрегационным льдовыделением.

По-видимому, как и все геокриологические процессы, процесс формирования бугров пучения подчиняется закону климатической зональности, в частности, резкому различию температур и мощности мерзлых пород в южных и северных районах, о чем Б.И. Втюрин убедительно говорит в той же работе. По моему мнению (Л.К.), в южных районах криолитозоны, где промерзание подозерных таликов происходит при высоких отрицательных температурах, преобладают процессы сегрегационного, а в северных, при очень низких температурах инъекционного льдовыделения, сменявшиеся в периоды потепления инъекционно-сегрегационными.

По мнению П.А. Шумского, «напорная миграция при промерзании свойственна главным образом водонасыщенным грубодисперсным породам, в которых образование льда-цемента в порах сопровождается увеличением объема на 9,07 %, что приводит к отжатию возникающего избытка свободной воды от фронта кристаллизации в сторону наименьшего сопротивления ее перемещению. Если промерзающий слой подстилается водоупором - мерзлой породой, глиной или коренными породами, то при боковой миграции мерзлая кровля часто отрывается и отслаивается от подстилающего водоупора водяными линзами или пластами, которые впоследствии оказываются промерзшими. Тот же результат может получиться и при отсутствии водонепроницаемого слоя снизу на выходах восходящих источников. Форма инъекции зависит от соотношения прочности мерзлой кровли с прочностью закрепления ее на основании и с боков и от количества притекающей воды. При большом сопротивлении мерзлой кровли изгибу образуется плоский интрузивный пласт. В противном случае кровля изгибается более круто, и возникает бугор с плоско-выпуклым ядром. Таким образом могут возникать интрузивные пласты или круто выпуклые кверху линзы лакколиты, или различные переходные образования, иногда с несколькими вздутиями различного размера. При большом, по сравнению с площадью пучения, притоке воды кровля не выдерживает и в апикальной части разбивается «эндогенными» трещинами, сквозь которые происходит излияние воды или плывуна на поверхность - лакколит превращается в «гидровулкан», дающий наземную наледь, или в «грязевой вулкан» («мерзлотный сальз»). Если внутри бугров скапливаются сжатые газы, то случается, что разрывы кровли сопровождаются извержениями фонтанов воды или жидкой грязи в несколько метров высотой, а иногда взрывами, разбрасывающими обломки кровли» [Шумский, 1959, ч. I, с. 288]. И далее: «Трещины могут регенерировать благодаря замерзанию заполняющей их воды, а при продолжающемся напоре воды разрывы и извержения повторяются. Процесс прекращается, если ослабевает напор или если вследствие промерзания увеличивается прочность кровли. В последнем случае инъекция может направиться в другое место, в результате чего возникают группы бугров пучения. Наибольшее значение имеют многолетние инъекции, образующиеся при промерзании подозерных таликов. Они очень широко распространены, обладают наиболее крупными размерами и относительно длительным существованием» [Шумский, 1959, ч. I, с. 288].

Столь обстоятельное цитирование представлений П.А. Шумского необходимо автору данной книги для использования его идей в следующих главах.

Такова общая схема процессов дифференциального пучения и образования инъекционных льдов. В разных мерзлотно-гидрогеологических условиях эти процессы протекают неодинаково и приводят к формированию различных типов инъекций: сезонных, образующихся на выходах восходящих источников на юге криолитозоны или при промерзании замкнутых систем в СТС в северных районах; либо многолетних на выходах подмерзлотных вод или при промерзании замкнутых подозерных таликов. По-видимому, подобный механизм льдообразования возможен и для мощных залежей пластовых льдов [Крицук, 2001]. Многими исследователями неоднократно наблюдались взрывы сезонных бугров пучения и излияние воды на поверхность [Львов, 1916; Толстихин, 1939; Баранов, 1940; Стругов, 1955; Швецов, 1959; Некрасов, 1984; Орляндский, 1985]. Многолетние инъекции на выходах подмерзлотных вод приурочены к окраинной зоне распространения мерзлых пород небольшой мощности, а в ее пределах к районам сложного тектонического строения, где существуют условия для восходящих потоков подземных вод. Кровля инъекций этого типа может достигать большой мощности и иногда бывает сложена не только мерзлыми отложениями, но и пластами коренных пород [Баранов, 1940]. Высота бугров пучения на выходах восходящих источников достигает 10-12 м, иногда даже 15-17 м [Лопарев, Толстихин, 1939].

Дж.Р. Маккей, располагающий в настоящее время наибольшим количеством материалов по морфологии, строению и динамике роста многолетних бугров пучения, считает возможной напорную миграцию свободной воды к фронту промерзания с больших глубин (более 100 м) [MacKay, 1971].

Наконец, интерес представляет гипотеза Н.А. Вельминой, которая, рассматривая проблему происхождения инъекционных льдов, говорит о возможности участия вакуумного механизма движения подземных вод, участвующих в формировании мощных залежей льда. Возникновение же вакуумных зон она связывает с протаиванием мерзлых пород снизу [Вельмина, 1965]. Широкое развитие зон аномально высокого и пониженного давления в пластовых водах Западно-Сибирского мегабассейна было установлено позднее при бурении поисковых и разведочных скважин на площадях НГМ.

С инфильтрацией поверхностной воды в трещины промерзающего или мерзлого грунта связывают образование полигонально-жильных систем, имеющих широкое распространение в долинах рек и на водоразделах на севере криолитозоны. Среди полигонально-жильных льдов выделяют эпигенетические и сингенетические типы, различающиеся, прежде всего, вертикальными размерами ледяных тел [Попов, 1965].

Механизму образования полигонально-жильных систем посвящено большое количество как теоретических, так и региональных исследований [Leffingwell, 1915; Достовалов, 1952; Попов, 1952, 1953, 1965, 1967; Доставалов, Кудрявцев, 1967; Шумский, 1952, 1959; Втюрин, 1959, 1975; Романовский, 1977; Гасанов, 1977; Соломатин, 1986]. Однако многие аспекты этой проблемы остаются неясными до сих пор. Даже один из основоположников теории образования сингенетических полигонально-жильных льдов А.И. Попов отмечал: «Одним из наиболее важных и наиболее трудных является вопрос о механизме сингенетического жилообразования и аллювиального осадконакопления. С традиционных позиций контракционной теории трудно объяснить отсутствие связи между шириной жилы и степенью деформации вмещающих отложений на боковых контактах» [Попов и др., 1985, с. 80]. Б.И. Втюрин отмечал: «Вопрос о механизме образования повторных ледяных жил до сих пор не решен и продолжает оставаться предметом оживленной дискуссии» [Втюрин, 1975, с. 64]. Однако при всем разнообразии точек зрения на процессы формирования ледяных жил основным механизмом образования этих систем практически всеми исследователями принимается многократное морозобойное растрескивание мерзлого массива и замерзание попадающих в трещины поверхностных вод или атмосферных осадков [Основы геокриологии..., 1959; Попов, 1965; Втюрин, 1975; Романовский, 1977; Соломатин, 1986 и др.]. С инъекционно-жильной гипотезой механизма образования полигонально-жильных льдов выступил известный российский почвовед директор Якутского института биологических проблем В.Г. Зольников (1960). Образование полигональной сети трещин на поверхности промерзающей почвы он считал следствием пучения грунтов при промерзании. В образовавшуюся систему трещин снизу из талой породы внедряется вода с мутью, замерзает в них, в результате чего создается вертикально-полосчатый жильный лед. В свете имеющихся в настоящее время фактических материалов и теоретических представлений автора настоящей работы эта гипотеза заслуживает самого пристального внимания [Крицук, 2005].

Существенное сомнение в справедливости классической контракционной теории формирования жильных льдов возникло у Дж. Маккея, проводившего многолетние (в течение 7 лет) наблюдения за ростом ледяных жил на дне экспериментально дренированного озера Иллисарвик на севере Канады [MacKay, 1986]. При спуске воды в озере в течение первой зимы образовалась большая система трещин. При этом оказалось, что направление роста боковых трещин (т.е. «трещин второй генерации») происходило от основного ствола, а не к нему, как это подразумевает существующая теория. Примечательно, что большая часть трещин закрывалась полностью к апрелю, вследствие чего талая вода не могла в них попасть. Ученым было доказано направленное вверх и вниз растрескивание системы ледяных жил, под остаточным водоемом. На основе полученных материалов Дж. Маккей сделала следующий вывод: «Данные по Иллисарвику показали, что существуют некоторые трудности для использования ледяных жил в палеоклиматических реконструкциях». По мнению автора данной книги, описанный Дж. Макеем фактический материал свидетельствует об «эндогенной» (по терминологии П.А. Шумского), т.е. криогидрогенной, а не морозобойной природе описанных трещин [Крицук, 2005].

Наибольший теоретический и практический интерес представляют мощные, до 30-50 м высотой, ледяные жилы, чрезвычайно широко распространенные на Приморских низменностях Якутии, где они образуют ледово-грунтовую, так называемую «едомную» толщу. Согласно существующим теоретическим представлениям, предложенным в середине прошлого века (Б.Н. Достовалов, А.И. Попов, Lachenbuuch), мощные жильные льды считаются сингенетическими в отношении вмещающих их отложений, а их формирование связывается с процессом многократного морозобойного растрескивания на опускающихся участках земной коры и режимом накопления осадков [Основы геокрионологии..., 1959; Попов и др., 1974; Романовский, 1977; Каплина, 1987; Данилов, 1990; Гравис, 1997]. Большинство исследователей относят большую часть «едомы» к аллювию. Спорным остается вопрос о пойменном, или русловом, генезисе аллювиальных отложений едомы. Между тем господствующая принципиальная схема формирования сингенетических ледяных жил предполагает практически неизбежную его связь с пойменным режимом в долинах рек. Однако это кардинальное положение оспаривается рядом исследователей, обосновывающих его несостоятельность. Согласно учению о геологической деятельности рек, разработанному советскими учеными (Е.В. Шанцер, Н.И. Николаев, Н.И. Макавеев), пойменных отложений мощностью 40-60 м и более в природе быть не может. Речные отложения большой мощности накапливаются не на пойме, а в русле. Оно постоянно меандрирует по дну долины от одного ее борта к другому и перемывает накопленные ранее, в том числе и пойменные отложения с ледяными жилами. Это положение является непреложным законом развития меандрирующих рек. Таким образом, при формировании мощных толщ аллювиальных отложений неизбежно будут преобладать русловые пески и галечники, в которых ледяные жилы образоваться не могут. По мнению И.Д. Данилова, мощность пойменных песчано-иловатых отложений не может превышать максимальную высоту подъема паводковых вод над руслом в половодье. Однако даже на наиболее крупных реках (Обь, Енисей, Лена) эта высота редко превосходит 15 м и, следовательно, такой и не более может быть толщина мерзлых отложений с ледяными жилами [Данилов, 1990].

В противовес пойменно-речной возникла гипотеза, согласно которой мощные ледяные жилы растут вследствие постепенного засыпания аккумулятивной поверхности пылью, выпадающей из воздуха. Активным сторонником этой так называемой «эоловой» гипотезы является С.В. Томирдиаро, и она оказывается преобладающей среди канадских и американских мерзлотоведов, занимающихся проблемой генезиса крупных ледяных жил. Согласно их представлениям, частицы пыли осаждаются на всех элементах поверхности Земли: болотах, склонах, поймах рек. Они перемешиваются с травянисто-моховыми растительными остатками. В результате возникает характерный комплекс торфянисто-иловатых отложений. Особенно благоприятные условия для переноса ветровой пыли в больших количествах сложились, по мнению С.В. Томирдиаро, около 20 тыс. лет назад, «когда осушились огромные пространства арктического шельфа и климат Европы, Азии и Северной Америки стал намного суровее и засушливее современного». Согласно этой гипотезе, ледяные жилы могут расти вверх сколь угодно много в зависимости от мощности эоловых отложений, но она подвергается ожесточенной критике. Во-первых, в эпохи большой суровости климата и характерного для низкотемпературных зим безветрия невероятно развитие активных эоловых процессов. Пример подобной климатической ситуации можно видеть в современных суровых зимних условиях при антициклональном режиме погоды Центральной Якутии. Во-вторых, в условиях сурового, но сухого климата вряд ли могли быть широко развиты заболоченные поверхности с валиковыми полигонами. Ну и, в третьих, мощные ледяные жилы, как правило, связаны не с эоловыми, а с типично водными ритмично-слоистыми отложениями [Данилов, 1990].

Гипотеза саморазвития крупных ледяных жил была предложена академиком Н.А. Шило (1961). Согласно его представлениям, рост первоначально эпигенетических повторно-жильных льдов, возникших за счет периодического морозобойного растрескивания грунтов на ровной поверхности, продолжается в дальнейшем за счет поднятия земной поверхности вследствие выжимания минеральной части грунта полигонов в процессе роста ледяных жил.

Попытку разрешить основные вопросы, связанные с классической теорией формирования мощных жильных льдов так называемого «ледового комплекса», сделал Г.Ф. Гравис. Он предложил новую аллювиально-пролювиальную модель формирования флювиальных равнин, которая основана на представлениях об изменении эрозионно-аккумулятивной деятельности водотоков в климатических ритмах плейстоцена и голоцена. Наиболее крупные ритмы, соответствующие ледниковым эпохам, по его мнению, качественно меняли форму флювиальной аккумуляции: из линейной она превращалась в площадную. Наряду с поймами, сложенными аллювием, начинали формироваться континентальные дельты, отложения которых большинство российских геологов-четвертичников относят к пролювию [Гравис, 1997]. В криогидротическую стадию климатических ритмов увеличивался жидкий сток, активизировались криогенное выветривание, склоновые процессы и эрозия в верховьях водотоков, что должно было привести к перегрузке рек влекомыми и взвешенными наносами, разделению единых русел на рукава, донные осадки которых наращивались вверх за счет отложения все новых порций аллювия. В результате формировались мощные толщи констрактивного аллювия. С точки зрения автора гипотезы, аллювиально-пролювиальная модель объясняет главные особенности пород ледового комплекса. Однако она не может объяснить наличие в мощных ледяных жилах эндогенного природного газа метана [Куницкий, 1998] и особенности химического и изотопного состава жильных льдов, выявленные автором [Крицук, Поляков, 1985, 1989, 2005], которые рассмотрены в дальнейшем. К тому же описанная модель не объясняет сингенеза мощных ледяных жил и особенно наличия в их основаниях «льдистого горизонта», представленного в основном озерно-таберальными отложениями, содержащими разнообразные тела инъекционных льдов» [Гравис, 1997, с. 58].

На основе анализа современного состояния проблемы генезиса полигональных систем с жильными льдами И.Д. Данилов делает вывод, что далеко не все еще ясно в этом вопросе. «Но главное установлено однозначно: процесс их формирования изначально связан с морозобойным растрескиванием грунтов. Жилы -внутригрунтовые мерзлотные образования, а не остатки былых ледниковых покровов. Вместе с тем можно полагать, что крупные ледяные жилы на низменностях Азии и Северной Америки представляют собой реликты и являются показателями значительно более суровых, нежели современные, климатических условий. В настоящее время мы нигде, даже в районах самого сурового климата, процесс формирования столь крупных ледяных жил не наблюдаем» [Данилов, 1990, с. 64]. Полностью разделяя второе утверждение И.Д. Данилова, автор не может согласиться с первым, а именно, что процесс формирования крупных ледяных жил связан с морозобойным растрескиванием грунтов.

Многолетними комплексными исследованиями мощных жильных льдов на полуостровах Ямал и Гыдан с привлечением новейших методов исследования и материалов геолого-гидрогеологического изучения Западной Сибири было выявлено, что мощные жильные льды представляют собой элементы специфических криогидрогеологических систем, связанных с локальными (пликативными и дизъюнктивными) геологическими структурами платформенного чехла унаследованного развития, включающими в себя поверхностные воды, подземные воды (таликовые, межмерзлотные и глубинные) и подземные льды: текстурообразующие, пластовые и жильные [Крицук, 2001, 2005].

Современной моделью образования полигональных систем в криолитозоне может служить процесс трещинообразования ледового покрова озерной воды. На рис. 14 приведен космоснимок долины реки Сеяха (центральный Ямал) от 20 октября 1985 г., сделанный примерно через неделю после перехода среднесуточной температуры воздуха через нуль. Полигональный рисунок трещин льда наиболее крупного глубокого озера Тибейто удивительно напоминает полигонально-жильные системы криолитозоны, развитые в поймах рек и на водоразделах.

И.Л. Кузин (2005) также связывает происхождение мощных жильных льдов с инъекционным внедрением подземной воды по дизъюнктивам, возникшим в процессе новейших тектонических движений. При этом он выделяет две разновидности инъекционных льдов, связанных с особенностями проявления этих движений: 1) разрывные нарушения в нормально залегающих четвертичных отложениях; 2) разрывы, осложняющие складки нагнетания (глиняные диапиры), в пределах которых на поверхность с большой глубины выведены морские породы палеогена или мела. С вытаиванием древних ледяных жил, по мнению И.Л. Кузина, связано образование глубоких котловин в многочисленных озерах разных регионов Западной Сибири [Кузин, 2005, с. 84].

Если большинством исследователей признается, что теория жильного льдообразования в целом решена, то проблема происхождения мощных пластовых льдов, широко развитых в приморских районах России, а также Канады и Аляски является источником острой дискуссии, которая активно происходит в литературе. Критический обзор основных существующих гипотез образования пластовых льдов криолитозоны детально рассмотрен в работе Ш.Ш. Гасанова. По его мнению, определяющая роль в механизме льдообразования принадлежала повторной инъекции - прерывистому поступлению воды и плывуна в мерзлый массив [Гасанов, 1981].

Проблемой генезиса пластовых льдов в Западной Сибири, широко распространенных на полуостровах Ямал и Гыдан, занимаются многие геологи, геокриологи и географы, предложившие множество гипотез механизма их формирования, которые могут быть объединены в 4 группы. Согласно этим гипотезам, пластовые льды являются:

1)    погребенными реликтами ледникового периода (М.Г. Гросвальд, В.И. Соломатин, В.И. Астахов, Ф.А. Каплянская, В.Д. Тарноградский, Е.Г. Карпов и др.);

2)    внутригрунтовыми образованиями, сформировавшимися при промерзании поверхностных (озерных) вод (Т.Н. Жесткова, Ю.Л. Шур), или подземных вод разного генезиса (Б.И. Втюрин, Ш.Ш. Гасанов, Н.Г. Бобов, Н.Г. Оберман, С.М. Фотиев, Л.Н. Крицук, Дж.Р. Маккей, И.Л. Кузин);

3)    криодиагенетическими образованиями, сформировавшимися при эпигенетическом либо сингенетическом промерзании переувлажненных морских отложений (Г.И. Дубиков, М.М. Корейша, В.В. Баулин, И.Д. Данилов, Н.А. Шполянская);

4)    погребенными первично-наземными: наледными, речными или морскими льдами (Н.В. Тумель, Е.М. Катасонов, И.Д. Новиков, В.А. Усов, Н.Ф. Григорьев, Ю.Б. Баду).

Большинство исследователей-геокриологов согласны с тем, что пластовые льды являются первичными внутригрунтовыми образованиями, а предметом их дискуссии служит природа материнской воды: поверхностная, подземная или морская и механизм льдообразования: сегрегационный [Бобов, 1966; Втюрин, 1975; Баулин, 1978; Маскау, 1966], инъекционный [Шумский, 1955; Втюрин, 1963; Дубиков, Корейша, 1964; Дубиков, 1966; Гасанов, 1981; Анисимова, Крицук, 1983; Крицук, 2001, Гравис, 1990], сегрегационно-инъекционный [Баранов, 1958; Втюрин, 1975; Баулин, Дубиков, 1970, Маскау, 1971, 1983] или инфилътрационно-сегрегационный [Жесткова, Шур, 1978].

Некоторые исследователи допускают возможность внутригрунтового образования одних пластов и захоронение сингенетически накапливающимися осадками морских, речных или озерных наледных льдов или снежников других [Катасонов, 1965; Усов, 1966; Данилов, 1975; Тарноградский, 1982].

Среди географов и части геологов господствует гипотеза первично-наземного образования мощных ледяных пластов при горном, покровном или шельфовом оледенении и их последующего захоронения отложениями морен [Сакс, 1945; Гросвальд, 1983; Астахов, 1976, 1981; Каплянская, Тарноградский, 1982; Соломатин, 1976-1978].

Различные гипотезы происхождения пластовых льдов строятся на взаимно исключающих палеогеографических схемах плейстоценовой истории Западно-Сибирской плиты. Генетическими признаками образования льдов служат текстурно-структурные их особенности, форма ледяных включений, характер контакта с вмещающими породами, предполагаемый возраст и генезис последних. В подавляющем большинстве случаев объектами изучения служили естественные обнажения ледяных тел на берегах рек, озер и морей. Примечательно, что различных точек зрения на происхождение мощных ледяных залежей придерживаются зачастую исследователи одного и того же обнажения или его частей. Если исключить «влияние» палеогеографических схем, это обстоятельство можно объяснить разновременностью и недостаточной детальностью исследований как самих залежей, так и вмещающих их пород, а также отсутствием достаточной комплексности исследований и четких критериев генезиса подземных льдов. Вместе с тем отсутствие единого мнения среди сторонников внутригрунтовой природы пластовых льдов в отношении их образования затрудняет, а вернее, делает невозможным создание объективной стратиграфической схемы кайнозойских отложений Западной Сибири и палеогеографии региона и укрепляет позиции сторонников их ледникового генезиса.

Детальное рассмотрение всех опубликованных в настоящее время многочисленных гипотез происхождения мощных подземных льдов криолитозоны не входит в задачу автора, да и невозможно из-за ограниченного объема настоящей работы. Поэтому автор считает необходимым рассмотреть лишь несколько основных гипотез, получивших наибольшее распространение.

Одним из наиболее крупных теоретиков глетчерной природы пластовых льдов в настоящее время является М.Г. Гросвальд (1983, 1988). Согласно его новейшей модели Евразийского ледникового покрова, существовавшего до голоцена, к числу единого гляциального шельфа относятся шельфы всех северных морей России. Среди них Карский ледниковый шельф занимал весь центр арктической окраины Евразии и по своей площади существенно превосходил Скандинавский щит. «Последний Евразийский ледниковый покров (валдайский в Европе или зырянский в Сибири) протягивался через всю Евразийскую Арктику, в том числе и ее северо-восточный угол, а в Западной Сибири его южной границей являлись Сибирские Увалы» [Гросвальд, 1988, с. 13]. Основными доказательствами этого утверждения считаются особенности рельефа: наличие специфических «ледниковых» форм моренных гряд, озов, камов, фьордов, подводных желобов-трогов, валов и других; существование мощных пластов льда, «не растаявших» в период дегляциации ледникового покрова; гляциодислокации в подземных льдах и вмещающих их породах; наличие эрратических валунов, а также возраст отложений, вмещающих пластовые льды.

Важнейшим доказательством существования древнего оледенения, на взгляд М.Г. Гросвальда, являются именно пластовые льды. «Такие реликты должны сохраняться всюду, где покровное оледенение «накладывалось» на многолетнемерзлые грунты и где эти грунты остаются мерзлыми и поныне» [Гросвальд, 1988, с. 14]. И далее: «География находок пластовых льдов быстро расширяется: помимо Новосибирских островов она теперь включает весь север Западной Сибири, Таймыр, бассейн реки Котуй и прибрежные низменности морей Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского. Остаточный ледниковый генезис таких залежей к настоящему времени подтвержден комплексом геоморфологических, структурных и изотопных данных. Так что сейчас можно утверждать: находки подземных льдов пластового типа маркируют величайшее в мире поле, где под тонким чехлом скованных мерзлотой торфяников и суглинков сохраняются нерастаявшие остатки плейстоценового ледникового покрова» (там же).

Однако огромный фактический материал по детальному комплексному изучению пластовых льдов полуостровов Ямал и Гыдан, а также «Ледяной Горы» на реке Енисей, и прежде всего, анализ их химического и изотопного состава, решительно противоречит выводу М.Г. Гросвальда [Крицук, Поляков, 1989, 2005].

Другим доказательством древнего покровного оледенения М.Г. Гросвальд считает наличие следов существования гигантских озерных систем, формирование которых якобы обусловлено подпруживающим воздействием ледникового щита. «Все эти озера располагались в разных природных зонах и должны были различаться по многим параметрам, но они объединялись общностью генезиса: причиной их возникновения было покровное оледенение континентального арктического шельфа. Поэтому в их следах нельзя не видеть еще одно доказательство реальности этого оледенения» [Гросвальд, 1988, с. 15].

В данном случае предположение превращается в доказательство. Наличие гигантской сети озер в Западной Сибири как в настоящем, так и в прошлом не вызывает сомнения, однако они имеют иной генезис, как это будет доказано дальше, а именно, мерзлотно-тектонический [Андреев, Белорусова, 1962; Крицук, 1990, 2005; Кузин, 1992, 2009; Бойцов, 2004].

Критикуя взгляды противников ледникового происхождения пластовых льдов, М.Г. Гросвальд отмечает: «Продолжают появляться работы, особенно в нашей стране, отстаивающие альтернативные модели оледенения Северного полушария. Взгляды их авторов варьируют от полного отрицания факта последнего оледенения Арктики до минималистских схем так называемого «фрагментарного» оледенения. Антигляциалисты, в частности И.Д. Данилов, Ю.Н. Кулаков, Н.Г. Чочиа, по-прежнему выступают против представлений о покровных оледенениях не только арктических шельфов, но и северных приморских равнин. В их публикациях проводится мысль о неледниковом генезисе таких форм рельефа, как моренные гряды, озы, камы, фьорды и подводные желоба-троги, о морском и ледниково-морском происхождении мощных толщ плейстоценовых отложений, выстилающих северные низменности. К тому же в работах Г.Г. Матишова и других морских геологов сквозит стремление решить ее на базе лишь донной информации» [Гросвальд, 1988, с. 20]. В данном случае М.Г. Гросвальдом не учитываются результаты геологического изучения «ледниковых» форм рельефа, прежде всего «моренных гряд», которые, согласно автором новейшей Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:1 000 000, отражают зоны вторичных приповерхностных дислокаций в зонах разломов фундамента и «проявляются за счет инверсии плотности пород по разрезу» [Объяснит. записка..., 2004]. Изучение же морской геологии позволяет получить объективную картину непрерывной последовательной смены осадков и палеоклиматических условий их накопления за длительный период истории Земли как планеты и дает материал для определения климатических колебаний, привязанных к конкретному этапу развития Земли [Emiliani, 1955; Эмилиани, 1966]. К тому же в настоящее время установлено, что троги-желоба на морском шельфе есть продолжение долин материковых рек, то есть являются тектоническими элементами рельефа.

Другим апологетом глетчерной теории пластовых льдов является В.И. Соломатин. В своей монографии он пишет: «Мощные, не выраженные в современном рельефе пластовые залежи, горизонтальные размеры которых значительно превосходят вертикальные, имеют разную степень и характер дислоцированности и тяготеют к районам развития ледниковых, водно-ледниковых и ледниково-морских отложений и являются часто для таких районов типоморфными образованиями мерзлой зоны литосферы» [Соломатин, 1986, с. 125]. Вот так: пластовые льды есть индикатор оледенения, а существование оледенения основывается на широком распространении пластовых льдов (Л.К.).

В одной из последних обобщающих работ В.И. Соломатин сформулировал главные аргументы погребенной глетчерной природы пластовых льдов:

«1. пласты льда имеют несогласный контакт с перекрывающими отложениями, литология перекрывающих отложений меняется в зависимости от рельефа кровли пласта;

2. в строении пластов наблюдаются гляциодислокации, присущие только глетчерному льду;

3. пластовые льды при своих достаточно крупных размерах не имеют адекватного отражения в рельефе, неизбежного в случае внутригрунтового льдообразования подобного масштаба;

4. пластовый лед имеет ультрапресный гидрокарбонатный состав, подобный составу глетчерного льда;

5. по содержанию тяжелых изотопов кислорода пластовый лед также отличается от иных залежеобразующих подземных льдов и, напротив, сходен с наземными льдами в арктических регионах с морским и умеренно-континентальным климатом;

6. по вертикальному профилю в разрезе пластового льда отсутствует направленное изменение химического и (равно) изотопного состава, что несопоставимо с последовательным послойным нарастанием внутригрунтового льда (сингенетического или инъекционного);

7. пластовый лед содержит обильный крупнообломочный (моренный) материал (вплоть до крупных валунов), невозможный в конжеляционном внутригрунтовом льду». [Соломатин, 2004, с. 80].

Однако, как показывает опыт многолетних комплексных исследований подземных льдов, вышеперечисленные аргументы В.И. Соломатина не могут считаться убедительными, поскольку все они в той или иной степени характерны для внутригрунтовых инъекционных льдов, переживших длительную историю и частично перезахороненных делювиально-солифлюкционными и пролювиальными (и даже морскими!) отложениями. Процесс современного перезахоронения крупных ледяных залежей широко развит на полуостровах Ямал и Гыдан и морском шельфе и неоднократно описан в научной литературе [Карпов, 1986; Крапивнер, 1986; Крицук, 1990; Мельников, Спесивцев, 1995].

С жесткой развернутой критикой положений ортодоксальной ледниковой теории выступили И.Л. Кузин (1980, 2005) и Н.Г. Чочиа (1978). Они ставят под сомнение постулаты о возможности передвижения покровных льдов на тысячи километров, ледниковое происхождение валунов, валунных суглинков и ленточных глин, напорных морен, отторженцев, «гляциодислокаций» подземных льдов и других «бесспорных» свидетельств великих оледенений. Н.Г. Чочиа считает возможным сосуществование гипотезы дрифта и ледниковой гипотезы. По его мнению, формы дислокаций, наблюдаемые во льду, очень сходны с дислокациями в других веществах, испытывающих пластические деформации.

Грядовый рельеф и система уступов, широко развитых в северной половине Западной Сибири и Северо-Сибирской низменности, принимавшиеся ранее за конечные морены, тщательно изучались и разбуривались в связи с поисками нефтегазоносных структур в 1956-1966 гг. (И.Л. Кузин, И.В. Рейнин, А.Н. Ласточкин, Ю.Д. Андреев, Г.П. Евсеев, В.Н. Кисляков), а также при инженерно-геологических работах ВСЕГИНГЕО на Пур-Надымском междуречье в 1960-70-х гг. и Института мерзлотоведения СО АН СССР на п-ове Ямал [Геокриологич. условия..., 1983; Григорьев, 1987]. Было установлено их мерзлотно-тектоническое происхождение с участием глиняного диапиризма [Крапивнер, 1978; Генералов, 1984].

Что касается генезиса ленточных глин, которые еще недавно считались исключительно озерно-ледниковыми образованиями, то, по мнению И.Д. Данилова, П.Н. Софронова, Р.Б. Крапивнера и ряда других исследователей Севера, значительная часть их разреза это осадки ваттов, лагун и морских заливов. По мнению автора настоящей работы, ленточные глины представляют собой осадки, отложившиеся на дне озер в периоды похолодания климата, то есть являются «озерно-климатическими» образованиями. Доказательством служат прослои типичных ленточных глин мощностью 1-2 м, вскрытых в буровых скважинах глубиной до 10-15 м, пробуренных ВСЕГИНГЕО в долине реки Сеяха (Мутная) в 1980 и 1985 гг. и в пределах Средне-Ямальского ГКМ на Ямале (в 1982 г.), а также наблюдавшихся в береговых обнажениях рек Тадибеяха и Юрибей на Гыдане в толще озерных слоистых отложений с органикой и залегающих без следов размыва [Крицук, 1990].

Выводы геологов ВНИГРИ по новейшей палегеографии региона резко отличается от взглядов «гляциалистов». По мнению И.Л. Кузина (2005), они заключаются в следующем:

«1. Западная Сибирь не подвергалась материковым оледенениям. Отложения, ранее описанные как ледниковые, являются водными образованиями.

2. Формирование основных черт рельефа региона связано с деятельностью моря, озер и рек. Здесь развита лестница морских и речных террас, от 200-250 метровой до лайды и поймы; самая высокая из террас имеет плиоценовый возраст.

3. Широко распространенный в регионе так называемый параллельно-грядовый рельеф имеет не ледниковое, как считалось ранее, а эрозионно-мерзлотно-тектоническое происхождение.

4. Главной причиной крупных колебаний уровня Полярного бассейна, определивших характер новейших осадко- и рельефообразования, являются не местные тектонические движения и не нагрузка ледниковых щитов, как считалось ранее, а эвстатические колебания уровня Мирового океана.

5. Отложения, заполняющие переуглубленные речные долины, имеют не четвертичный, а плиоценовый возраст» [Кузин, 2005, с. 15].

Указанные палеогеографические представления нашли поддержку и развитие у ряда специалистов, проводивших полевые работы в так называемой зоне материковых оледенений. В основном их поддерживал Е.С. Мельников, руководивший региональными работами коллектива сотрудников ВСЕГИГНЕО в 1967-90 гг. Однако материалы собственных многолетних полевых работ, комплексных лабораторных исследований и анализ всех доступных данных новейшего геологического и гидрогеологического изучения Западно-Сибирской плиты позволили автору настоящей работы не согласиться с некоторыми выводами И.Л. Кузина. Детально об этом будет рассказано в 5 главе, после анализа всего фактического материала.

Взгляды И.Л. Кузина полностью разделяет и Н.Г. Чочиа. Он пишет: «Пересмотр их (валунов Л.К.) ледникового генезиса, картирование обширных развитых здесь полей распространения горизонтов палеогена, прослеживание шести выделенных террасовых уровней, а также характер проявления неотектонических движений привели к установлению в этом регионе большого числа крупных и крупнейших структур платформенного чехла. После уточнения сейсмикой и проведения бурения к началу 1976 г. 123 из них превратились в крупные и крупнейшие газовые и газоконденсатные месторождения. Что касается так называемых «гляциодислокаций», а также связанных с ними форм рельефа, то в подавляющем большинстве случаев практически всюду (как доказано мерзлотоведами) они не связаны с давлением толщи ледника. Это формы мерзлотного пучения, солифлюкции, глиняного диапиризма, иногда усиливаемые соляной тектоникой, или оползневые» [Чочиа, 1978, с. 89]. И далее: «Особенно интересные данные получены за последние два десятилетия для территории Кольского полуострова (А.В. Сидоренко, Н.И. Апухтин, И.И. Киселев, А.П. Афанасьев, А.Д. Арманд и др.). Здесь установлены и детально изучены И.И. Киселевым обширные площади распространения доантропогеновых кор выветривания, покрывающих всю центральную часть полуострова выше абсолютных отметок 150-200 м. Это подтверждает вывод, сделанный А.В. Сидоренко, о том, что «восточная и центральная часть этого полуострова движущимися покровными ледниками не перекрывалась здесь существовали только локальные центры небольших горных ледников, а на всей остальной площади в периоды похолоданий образовывался маломощный промерзший до дна неподвижный плащеобразный фирново-ледяной покров. Именно он и сохранил коры выветривания от неминуемого уничтожения» [Чочиа, 1978, с. 90].

К подобному выводу о существовании в криохроны локальных неподвижных «ледников», связанных с озерными котловинами, пришла и автор настоящей работы в результате анализа состава, криогенного строения, свойств и генезиса поверхностных отложений, а также особенностей ландшафтных условий на полуостровах Ямал и Гыдан [Крицук, 1990].

Многими исследователями Западной Сибири - сторонниками синхронных оледенений и морских трансгрессий (В.Т. Трофимов, Ю.Б. Баду, И.Д. Данилов и др.) поддерживается выдвинутая Лайелем дрифтовая теория происхождения ледниковых валунов, согласно которой они разносились айсбергами, плававшими по гипотетическому морю, покрывавшему в четвертичное время весь север Европы и Азии. Так, Ю.Б. Баду, исследовавший подземные льды на северо-востоке Гыданского полуострова, вслед за В.Н. Саксом и К.В. Антоновым считает пластовые залежи подземного льда позднеплейстоценовыми, погребенными в субаквальной обстановке массивами айсбергового льда, законсервированными в морских и прибрежно-морских отложениях и перекрытыми пачкой синкриогенных пород с повторно-жильными льдами [Баду и др., 1982]. Основанием для подобного заключения, по его мнению, являются: «приуроченность ледяных залежей к единому стратиграфическому горизонту (среднеплейстоценовые салехардские отложения); абразионное несогласие кровли ледяных пластов с перекрывающей пачкой косослоистых песков; наличие отторженцев вмещающих суглинков в нижней обнаженной части пластов и льдогрунтовых вертикальных штоков, пронизывающих ледяной пласт; особенности криогенного строения вмещающих пород и их химического состава; особенности структуры и химического состава льда, видового состава микрофауны и спорово-пыльцевых спектров вмещающих пород».

На мой взгляд, из этого описания однозначно следует только тот факт, что изученные пластовые залежи представляют древние перезахороненные формы.

В.В. Ловчук (1981) считает пластовые льды седиментационными и захороненными припайными льдами.

Значительный вклад в решение остродискуссионной проблемы генезиса пластовых льдов внес Г.И. Дубиков. Опираясь на собственные многолетние исследования, он считал доказанной внутригрунтовую природу основной массы этих льдов на севере Западной Сибири, «что не исключает возможность погребения поверхностных льдов» [Дубиков, 2002]. Согласно его точке зрения, пластовые льды формировались в результате эпигенетического промерзания молодых морских осадков при наличии в них запасов свободной воды. «В одних случаях они образовывались на участках недавно вышедших из-под уровня моря, в других с большим разрывом во времени. Ледяные и льдогрунтовые залежи представляют собой продукт замерзания свободной воды или разжиженного грунта. Причем для одних типов залежей допускается инъекционный механизм образования, для других сегрегационный, а для сложных залежей совместное участие процессов сегрегации и инъекции» [Дубиков, 2002, с. 216]. В соответствии с ведущим, по мнению Дубикова, механизмом доставки воды к фронту замерзания и пучения ледогрунтовых систем в месте кристаллизации поступающей воды в форме напорной миграции и замерзания свободной воды и плывуна или безнапорной миграции и замерзания связанной и капиллярной воды, он выделил три типа ледяных пластов. Свободная вода, участвовавшая в образовании пластовых льдов, по мнению Г.И. Дубикова, находилась в песчаных горизонтах промерзающего глинистого массива, и, следовательно, имела морской генезис. Составленная им генетическая классификация пластовых льдов базируется на одном принципе механизме образования. В ней отсутствует самый важный диагностический признак закономерности распространения разных типов пластовых льдов в пространстве, вследствие чего она не может быть использована для практических целей. Связав особенности промерзания горных пород с неотектоническими условиями и выделив два класса криогенного строения ММП сводовый и впадинный, Г.И. Дубиков не принял во внимание роли геолого-структурных и палеогидрогелогических условий в формировании мощных залежеобразуюших подземных льдов, которая, на мой взгляд, оказывается решающей [Крицук, 2001, 2004].

Не оценив ведущей роли гидрогеологических условий Западно-Сибирской плиты и ее динамики на неотектоническом этапе развития, Г.И. Дубиков не сумел довести собственную гипотезу происхождения пластовых льдов до уровня теории, которая, как известно, проверяется практикой и, прежде всего, степенью сходимости пространственных и временных прогнозов. Находясь в плену господствовавшей среди геокриологов в 1960-70-х годах схемы плейстоценовой истории развития Западной Сибири [Лазуков, 1972] и будучи убежденным «маринистом», он, анализируя полученные материалы по минерализации грунтов и подземных льдов и исходя из представления о длительном существовании в плейстоцене арктического морского бассейна (в котором отлагалась мощная толща терригенных мелкодисперсных отложений), пришел к выводу, что огромные объемы пресной воды, из которой образовались льды, появились в процессе диагенеза морских отложений. Однако приведенные им данные по изотопному составу кислорода пластовых льдов, полученные в лаборатории ВСЕГИНГЕО, прямо противоречат этому выводу [Крицук, Поляков, 1989]. К тому же вывод о парагенезисе льда и вмещающих его плейстоценовых отложений, основанный на изучении фаунистического материала, не может быть принят, поскольку диагностированный в его образцах по опорным участкам комплекс моллюсков и остракод является типичным для древних миоцен-плиоценовых отложений Арктики [Зархидзе, 1983].

С критикой вывода Г.И. Дубикова о том, что «подземный лед должен рассматриваться как элемент диагенетического преобразования водонасыщенных морских осадков в процессе их криогенной дифференциации на минеральные агрегеты, текстурообразующий и пластовый лед», выступил С.М. Фотиев (2003). На основе анализа химического состава пластовых льдов и поровых растворов вмещающих их отложений в районе озера Нейто, представленных Г.И. Дубиковым [2002, с. 41], С.М. Фотиев делает вывод о генетической связи пластовых льдов с атмосферными осадками и озерными водами и об активном участии озерных вод в формировании пластов льда в отложениях морского генезиса. Следует отметить, что подобная генетическая связь была выявлена нами еще в 1990-х годах изотопно-гидрохимическими исследованиями подземных льдов и природных вод [Крицук, Поляков, 1989, 1993]. Однако, сделав абсолютно верный вывод о взаимосвязи материнской воды пластовых льдов с озерными водами, С.М. Фотиев не отказался от идеи существования в среднем и верхнем плейстоцене Западно-Сибирского морского бассейна, тогда как одновременное существование морского бассейна и обилия пресноводных озер на одной территории в принципе невозможно.

Ответ на вопрос об источнике льдообразующих природных вод способны дать лишь совместные изотопно-гидрохимические исследования, как это будет доказано в следующих разделах монографии.

Все известные гипотезы происхождения пластовых льдов имеют слабые места, противоречат имеющимся в настоящее время фактическим материалам, и ни одна из них не способна дать ответ на коренные вопросы: откуда могли взяться такие огромные объемы пресной воды и чем объяснить особенности пространственного распространения мощных залежеобразуюших подземных льдов. Основным несоответствием всех рассмотренных гипотез действительному положению вещей явилось игнорирование естественной геологической обстановки существования мощных подземных льдов и специфики гидрогеологических условий районов их распространения. Вместе с тем уже в 1970-80-х годах многими исследователями отмечалось влияние геолого-структурных факторов и неотектонических процессов на формирование геокриологических условий Западной Сибири. Так, В.В. Баулин в своей монографии утверждал: «Установлена четкая зависимость закономерностей формирования ММП от геолого-структурных и тектонических факторов. Возраст и глубина залегания фундамента тектонических структур различных пород влияют на конфигурацию нижней границы мерзлых толщ. Отмечено, что повсеместно мощность мерзлой толщи над сводами антиклинальных поднятий высоких порядков уменьшается, что является результатом увеличения плотности теплового потока из земных недр. Выявлена связь распределения значений средней годовой температуры, льдистости и мощности мерзлых толщ с современными тектоническими движениями» [Баулин, 1985, с. 171]. Из этого утверждения следует важнейший вывод о сложности гидрогеологических условий различных районов, и прежде всего о роли подмерзлотных подземных вод, который не был сделан В.В. Баулиным.

По данным Е.Б. Белопуховой (1962), гигантские многолетние бугры пучения в долине реки Ярудей (левобережье реки Надым) приурочены к молодым тектоническим поднятиям, сложенным эоценовой глиной. Т.Н. Каплина (1970) описала следы вторичных деформаций ледяных жил в тектонических зонах дробления крутого падения. Б.И. Втюрин (1975) отмечал приуроченность пластовых залежей льда к положительным тектоническим структурам в зоне развития территорий морских трансгрессий. Наличие трещин, имеющих тектоническое происхождение, в сингенетически промерзших аллювиальных толщах полуострова Ямал отмечал М.А. Великоцкий. На основе изучения ямальских обнажений подземных льдов он считает, что «дислокации в четвертичных отложениях связаны с нагнетанием пластических пород, а присутствие ледников при этом необязательно» [Великоцкий, 1987, с. 55]. Р.Б. Крапивнер также считает «гляциодислокации» складками нагнетания, однако, по его мнению, их формирование связано с напряжениями, возникающими в зоне разлома (т.е. с тектоникой) [Крапивнер, 1986]. По замерам, выполненным им в разных районах Севера, было установлено, что крупные ледяные жилы закономерно ориентированы, а плановое положение вмещающих их дизъюнктивов совпадает с системой планетарной трещиноватости четырех главных направлений, установленной сейсмическими и авиагеофизическими работами [Шульц, 1971; Щаблинская, 1982].

По мнению автора настоящей работы, эта связь является опосредованной, обусловленной спецификой гидрогеологических условий в надразломной зоне, а именно, формированием подземных вод пластово-трещинного и трещинно-жильного типа. Именно промерзание таких вод и может обеспечивать образование мощных залежеобразующих подземных льдов, связанных с вторичными структурами [Крицук, 2001].

Ближе всех, на мой взгляд, к решению вопроса о генезисе материнской воды инъекционных пластовых льдов и об особенностях их распространения подошел В.Т. Трофимов. Так, еще в 1982 г. он писал: «Предварительные данные показывают, что выходы пластовых льдов довольно отчетливо локализованы в пределах районов с различными ступенями неоген-четвертичных деформаций земной коры. Большая часть выходов инъекционных подземных льдов приурочена к зонам глубинных разломов Ямала и Гыдана, проявляющимся в рельефе. Следует подчеркнуть, что распространение инъекционных пластовых льдов в зонах тектонических нарушений глубоких горизонтов земной коры, где залегают пластовые воды под высоким или аномально высоким давлением, не исключает возможности подачи огромных массивов воды кверху, в промерзшие и промерзающие породы. Известны промысловые данные об аномально высоких пластовых давлениях (АВПД), под которыми находятся подземные воды и газ в сеноманских, валанжинских и даже олигоценовых отложениях, т.е. на глубине в первые сотни метров. Несомненно, что в процессе длительного промерзания образование пластовых льдов могло происходить на различных глубинах. В настоящее время по керну трех скважин на Харасавейском и Арктическом месторождениях зафиксированы мощные (до 60 м) ледяные пласты с зоной сильнольдистых суглинков над кровлей и мощного песчаного пласта под ледяной залежью» [Трофимов и др., 1982, с. 19]. Позднее подобные мощные ледяные тела были вскрыты в разведочных скважинах Бованенковского месторождения и других локальных структур [Полозков, Рудницкий, 2001; Крицук, 2004].

Оригинальная гипотеза происхождения мощных ледяных залежей была высказана в конце прошлого века сотрудниками Института криосферы Земли СО РАН [Мельников, Спесивцев, Куликов, 1997].

В 1988 г. в Печорском море вблизи пролива Карские Ворота проводились сейсмоакустические исследования, в результате которых на морском дне были выявлены своеобразные формы рельефа в виде конусообразных холмов высотой 12-17 м и шириной в основании 100-3000 м. Подобные образования, но более крупные (до 30 м), были отмечены ранее канадскими и американскими исследователями в морях Чукотском и Бофорта [Rex, 1955; Pelletier, 1973; Taylor, Lewis, 1975]. Эти исследователи предполагали, что бугристые образования на морском дне связаны с промерзанием опресненных подозерных таликов в подводных условиях за счет отрицательной морской температуры.

В июле 1995 г. в Печорском море на одном из холмов ГП АМИГЭ буровым судном «Бавенит» была пробурена скважина глубиной 25 м, вскрывшая под 0,3 м слоем ила чистый пресный лед. Вопрос о генезисе этих отложений вызвал острую дискуссию. Предполагалось, что вскрытые льды являются остатками глетчера; их образование связано с выходом пресных глубинных вод либо с миграцией газов с глубинных горизонтов и их адиабатическом расширении.

Геофизическими и буровыми работами 1995 г. были выявлены новые холмообразные поднятия высотой до 17 м и диаметром основания до 100 м. «На одном из бугров была пробурена скважина (№ 480) глубиной 100 м с помощью вдавливаемого пробоотборника, что позволило получить почти 100 % керна высокого качества. Вскрытая толща представляла смесь пластично-мерзлой глины и шлиров льда. Количество льда в отдельных интервалах достигало 50-70 %. При этом между шлирами льда и глиной по всему разрезу отмечались трещины шириной 1-2 м. Вторая скважина пробурена вблизи бугра на выровненной поверхности. До глубины 28 м были вскрыты мелкие светло-серые пески, включавшие гнезда торфа, прослойки и линзочки супеси, а на глубине 22 м мерзлые пески с массивной структурой» [Мельников и др., 1997, с. 261]. Ниже по разрезу залегала сильнольдистая глина с атакситовой криотекстурой. Дальнейшее бурение скважины привело к выбросу газоводяной смеси с образованием фонтана высотой >10 м. На основе вышеизложенных фактов, авторами цитируемой статьи было высказано предположение, что образование этих залежей обусловлено дегазацией, сопровождающейся охлаждением горных пород за счет расширения газов (дроссельный эффект) в сложных структурно-тектонических условиях. Авторы считают, что в результате ядерных взрывов в южной части Новой Земли произошла активизация геологической среды, которая «привела к обострению тектонических процессов и образованию зон повышенной трещиноватости в осадочной толще над нефтегазовыми залежами и, как следствие, к обострению струйной дегазации углеводородов. Поэтому, видимо, следует считать, что бугристые формы на морском дне Печорского моря являются современными не климатическими криогенными образованиями» (там же, с. 268). Чрезвычайно интересный фактический материал, изложенный в статье [Мельников, Спесивцев, Куликов, 1997], и оригинальная гипотеза ее авторов заслуживает самого пристального внимания, однако не может быть принята в предложенном виде, поскольку не дает ответ на многочисленные вопросы льдообразования, возникшие при анализе континентальных ледяных залежей. Однако генетическая связь мощных подземных льдов с нефтегазовыми месторождениями была установлена и нами [Крицук, 2004, 2008].

Ответ на кардинальные вопросы происхождения и динамики мощных пластовых льдов способна дать новая гипотеза, предлагаемая автором настоящей работы по результатам многолетних комплексных исследований, выполненных в разных районах криолитозоны Западной Сибири в рамках инженерно-геокриологических работ ВСЕГИНГЕО.

Совместный анализ полученного обширного фактического материала по условиям залегания, морфологическим особенностям, составе мощных залежеобразующих подземных льдов и вмещающих их осадков, а также доступных публикаций и данных новейшего геолого-структурного и гидрогеологического изучения Западно-Сибирской плиты, позволил автору предложить в 1980-х годах новую гипотезу происхождения мощных подземных льдов [Крицук, 1990].

Суть этой гипотезы состоит в том, что мощные «пластовые» подземные льды Западной Сибири (правильнее залежеобразующие) представляют собой специфические криогидрогеологические тела, сформировавшиеся в определенных геолого-структурных и неотектонических условиях при неравномерном промерзании многослойной среды, включавшей в себя трещинно-пластовые подземные воды. Основная роль в формировании мощных подземных льдов принадлежала высоконапорным подземным водам меловых и палеогеновых отложений, а ведущим механизмом льдообразования служила многократная инъекция (интрузия) подземной воды в промерзавшие или мерзлые породы. Мощные ледяные залежи близ поверхности земли представляют собой остатки древних наземно-подземных наледей, аналогичных чрезвычайно широко распространенным в настоящее время гигантским наледям Якутии и Дальнего Востока [Чекотилло, 1960].

Согласно определению Н.И. Толстихина (1941), под наледью следует «понимать ледяное тело, являющееся продуктом замерзания речной или подземной воды, излившейся на поверхность льда, снега, земли или в пределах деятельного слоя в результате промерзания того водоносного тракта, по которому эта вода циркулирует». М.И. Сумгин (1940) предлагал наледным процессом считать всю совокупность физико-механических процессов, заключающихся в замерзании грунта или воды; миграции воды; образовании бугров и их растрескивании; выливании воды на дневную поверхность и замерзании этой воды.

Формирование инъекционного льда в русловых отложениях наледных участков наблюдал М.М. Корейша в долинах рек хребта Сунтар-Хаята [Корейша, 1969].

Проведенные автором комплексные исследования убедительно свидетельствуют о тектонической обусловленности и ведущей роли неотектонических движений земной коры в формировании залежеобразующих подземных льдов как пластовых, так и жильных [Крицук, 2001]. Эта гипотеза базируется на парагенетической связи описываемых льдов с геолого-структурными и гидрогеологическими условиями и обладает высокой степенью предсказуемости. Детальному рассмотрению полученных фактических материалов и доказательству справедливости предлагаемой гипотезы посвящены следующие разделы настоящей работы.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

Текст оцифровал: Д.Урванцев