|
В.А. СОЛОВЬЕВ ОПЫТ
ИЗУЧЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДОВ ЕНИСЕЙСКОГО
СЕВЕРА В ЦЕЛЯХ ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИХ И
НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ РЕКОНСТРУКЦИЙ
|
|
На северо-востоке Западно-Сибирской низменности в четвертичных отложениях широко развиты скопления подземного льда. Залежи генетически разнообразного льда изучены рядом исследователей (Сакс, 1940; Катасонов, 1965; Баулин и др., 1967; Шмелев, 1967 и др.). Описанные скопления подземного льда встречены главным образом в прибрежных обнажениях. В настоящей статье рассматриваются прослои льда, вскрытые при бурении структурно-картировочных скважин в районах пос. М. Хета—Усть-Порт (на правом и левом берегу Енисея), Долганских озер, рек Соленой и Б. Хеты, пос. Сопочная Карга. Ледяные образования, вскрытые скважинами на изученной территории, мощностью от 0,5 до 15 м, располагаются на разных глубинах и в разных частях разреза. Выяснение генезиса этих льдов очень затруднено. Во-первых, как правило, отсутствуют описания текстурных и структурных особенностей льда, нет данных о его химическом составе. Во-вторых, в редком случае удается проследить ледяное тело на значительном расстоянии. Просмотренные материалы содержат информацию о мощности льдов и об их положении в разрезе. Для установления генетической принадлежности льдов особо важное значение придавалось сведениям о характере вмещающих ледяное тело отложений. Основная масса льдов, встреченных в скважинах Енисейского севера, приурочена к глубинам от 10 до 50 м. Абсолютные отметки кровли ледяных прослоев от –40 до +40 м, а преобладающие от 0 до +20 м над уровнем р. Енисея н Енисейского залива. Большинство из анализируемых скважин, встретивших лед, заложено на участках с абс. высотами от 20 до 50 м, как правило, на небольшом удалении от р. Енисея и Енисейского залива. Исключение составляют скв. 31-БХ и 34-БХ, пробуренные в глубине территории на высотах 95 и 147 м соответственно. В этих же скважинах отмечались и наибольшие мощности четвертичных отложений (195 и 130 м). В остальных скважинах мощность колеблется от 65 до 82 м. Все подземные льды приурочены к отложениям четвертичного возраста. В редких случаях они лежат в самой нижней части четвертичного разреза, непосредственно на размытой поверхности меловых отложений. Характер вмещающих лед отложений не везде одинаков по своему составу. Наиболее часто, а именно в 33% случаев, льды встречаются в глинистых отложениях. Почти также часто они приурочены к границе песчаных и глинистых отложений, причем глинистые отложения перекрывают, а песчаные подстилают ледяное тело почти в 30% случаев от всех находок льда. Все известные сведения о прослоях льда, встреченных при бурении, сведены в таблицу.
Для уточнения палеогеографической обстановки наибольший интерес представляют прослои льда, вскрытые скважинами Усть-Енисейской экспедиции НИИГА (скв. 34-БХ и 31-БХ). Скважина 34-БХ пробурена на правом берегу р. Соленой. Ниже мерзлых четвертичных отложений с глубины около 130 м и до забоя залегают мерзлые верхнемеловые отложения. Породы четвертичного возраста представлены алевритами, глинами и песками, а верхнемелового - алевритами с прослоями песков и песчаников. Особенность этого разреза состоит в том, что в интервале глубин 93-107 м под 40-метровой пачкой глин был вскрыт слой льда мощностью около 14 м. Лед пористый, легкий, слабо загрязненный, без признаков слоистости. С глубин 98-103 м из образовавшегося при таянии льда осадка был взят образец. Анализ микрофауны из этого образца (определение В.Я. Слободина) показал наличие: Elphidium orbiculare (Brady) 2 шт.; Elp. clavatum Cushman 1 шт.; Elp, sp. 1 шт. Это эврибионитные виды, широко распространенные на сублиторали субарктических и арктических морей. Присутствие микрофауны само по себе не имеет значения для восстановления механизма образования льда. Она может встречаться как в инъекционном, так и в сегрегационном льду. Несомненно, что в случае сегрегационного льдообразования наличием микрофауны подтверждается принадлежность включающих отложений к морскому или прибрежно-морскому типу. Анализируя
геологический разрез скважины, отметим,
что на глубине 117 м на алевритах лежит
перемешанный разнозернистый песок с
хорошо окатанной мелкой и средней
галькой. Выше, до глубины 107 м, находится
песчаный алеврит, над ним - горизонт
льда. Песчано-галечный прослой
фиксирует перерыв в морском
осадконакоплении в плиоцен-нижнечетвертичное
время. Вся вышележащая пачка осадков,
включая лед и перекрывающую его нижнюю
часть глин до глубины 91 м, охарактеризована
спикулами губок, осколками диатомовых
и большим количеством радиолярий, я
также микрофауной. Вес это позволяет
отнести перечисленные осадки к
санчуговской свите, по всей
вероятности, к нижней ее части. Распределение текстурообразующего льда по разрезу весьма неравномерно. Выделяется несколько сильнольдонасыщенных горизонтов - первый располагается в верхней части до глубины 6 м; второй, слабо выраженный, - в верхней части глинистой пачки на глубине 60 м; третий, наиболее насыщенный прослойками и прожилками льда, включая и сам горизонт льда, - в интервале от 90 до 112 м; и, наконец, четвертый - под песчано-галечным горизонтом от 117 до 127 м. В верхнемеловых отложениях редкие прослойки льда наблюдались до глубины 175 м. Возможны два варианта формирования мерзлой толщи и образования ледяного тела. С одной стороны, морские четвертичные и верхнемеловые отложения могли промерзнуть после регрессии верхнечетвертичного моря (эпигенетический тип), а лед образоваться путем инъекции. С другой стороны, возможно, что лед образовался при сингенетическом промерзании осадков, слагающих нижнюю часть четвертичной толщи, и сохранялся в условиях морской трансгрессии; в этом случае мерзлая толща относится к полигенетическому типу. Возможным типом инъекции в данном примере могло быть только промерзание водоносного горизонта, а именно песчаных отложений в интервале глубин 90—130 м. Водоупором мог быть слой глин на глубине 130 м. При промерзании сверху, учитывая неровности рельефа, неравномерность самого промерзания, возможность увеличения в каком-либо месте гидродинамического напора, т. е. при любых условиях инъекционный лед должен сформироваться у подошвы «водоносного горизонта» на контакте с подстилающими глинами. Инъекция в кровле песчаных отложений при промерзании сверху физически невозможна. Кроме этого в случае инъекционного генезиса льда необходимым условием его образовании является эпигенетический тип промерзания. Но характер распределения льдистости по разрезу не дает оснований считать всю толщу промерзшей эпигенетически. Исходя из вышесказанного, мы считаем первый предложенный вариант формирования мерзлой толщи и ледяного тела маловероятным.
Некоторые исследователи (Баулин и др. 1967) относят лед в скв. 34-БХ к инъекционному, типа «пластовой залежи без заметного нарушения слоистости пород, но с зоной раздробленных льдонасыщенных пород отложений кровли». Этими же авторами допускается и инъекционно-сегрегационный генезис льда такого типа. Б.И. Втюрин (1970) пишет по поводу пластовых залежей льда в морских отложениях, что наиболее характерным компонентом их (пластовых залежей) является сегрегационный, а менее характерным - инъекционный лед, причем сегрегационный лед, по его мнению, может образовывать самостоятельные залежи. Он отмечает, что вблизи кровли пластовой залежи сегрегационного льда повышается объемная шлировая льдистость (до 60% и более) за счет увеличения толщины шлиров в сетчатой текстуре. Из вышеизложенного следует, что большая льдонасыщенность отложений кровли ледяного тела не может быть безусловным критерием для установления инъекционного генезиса. Для случая, когда ледяное тело залегает на большой глубине наиболее важным признаком, отвечающим физической природе инъекции, нужно считать литолого-фациальные условия. Совершенно прав Л.М. Шмелев (1967), выделяя в качестве одного из признаков инъекционного генезиса приуроченность ледяных пластов к контакту двух различных пачек: сверху - водопроницаемые пески; снизу - водонепроницаемые суглинки. Этот признак, по нашему мнению, является и необходимым условием для образования залежей инъекционного льда такого типа. Все прочие признаки, изложенные в ряде работ, могут присутствовать или не присутствовать в каждой конкретной залежи в зависимости от местных условий. Рассмотрение второго варианта происхождения ледяного тела в мерзлой толщи показывает, что здесь помимо неясности механизма образования льда возражение вызывает и необходимость некоторого периода времени сохранения льда и мерзлой толщи под дном моря, т.е., признание существования континентально погруженного типа мерзлоты в отдельные этапы санчуговско-казанцевского времени. Существуют, по крайней мере, два условия, удовлетворительно объясняющих возможность сохранения льда и не находящихся в противоречии с выдвинутым возражением. Во-первых, сохранение на протяжении всей трансгрессивно-регрессивной фазы существования мелководных прибрежных условий с периодическими осушками или состоянием, близким к ним. Во-вторых, существование на этом же этапе морского бассейна с соленостью, близкой к нормальной, т.е. возможность формирования переохлажденных вод (криопегов) около дна. Выбор того или иного условия зависит от интерпретации геологического разреза района. Территория,
где расположены скв. 34-БХ и 31-БХ,
характеризуется большой
дифференцированностью рельефа по
высоте. Амплитуда достигает 100 м. Разрез
четвертичных отложений состоит из
трансгрессивно-регрессивного
комплекса отложений санчуговского
возраста, представленных в нижней
части мощной пачкой глин, залегающих
выше ледяного тела, в верхней части —
песчаным алевритом и песками.
Сочетание больших мощностей морских
четвертичных отложений (130-190 м) со
значительной высотой современного
рельефа (100-150 м.) можно объяснить только
обращением рельефа, т.е. интенсивным
поднятием отдельных участков с конца
регрессивной фазы. Таким образом, геологическое строение района указывает на необходимость выбора второго условия - существование бассейна с достаточными глубинами во время формирования глинистой пачки. Здесь необходимо отметить, что присутствие низкотемпературных вод в современных морях является давно установленным фактом. В.П. Кальянов (1934) наблюдал в прибрежных районах Карского моря в придонном слое на глубине 40 м температуру около —2° С. Относительно образования 14-метрового слоя льда нужно сказать следующее. Как было показано выше, инъекционный механизм не может объяснить образование данного ледяного тела. По нашему мнению, более вероятным является сегрегационный механизм. Однако В.А. Усов (1967) допускает, что этот лед «является остатком донного ледяного покрова застойных бассейнов обособленного шельфа». Основным признаком донного льда он считает высокую пористость. Не отрицая этот признак для донных льдов вообще, отметим, что в данном случае пористость льда - явление вторичное, обусловленное воздействием природного газа на лед (во время бурения по льду наблюдался выброс газа). В этой же работе приводятся результаты расчетов глубины нулевой изотермы под дном санчуговского моря. При температуре придонного слоя воды —1,5° С, мощности вечной мерзлоты на берегах до 500 м и температуре пород —10°С нулевая изотерма должна располагаться на глубинах 80-120 м. Следовательно, условия для сохранения мерзлых пород и льда отсутствовали только на глубинах превышающих эти значения. Для дальнейших построений мы предлагаем принять гипотезу, объясняющую происхождение ледяного тела и мерзлой толщи в такой формулировке: лед, вскрытый скв. 34-БХ на глубинах 93-107 м, образовался при сингенетическом промерзании осадков на ранней стадии трансгрессивной фазы (раньше эпигенетически промерзли нижележащие отложения, включая верхнемеловые) и сохранился, возможно, лишь частично, под дном морского бассейна при условии существования криопегов. Аналогичные соображения можно высказать и по поводу льда, вскрытого скв. 31-БХ в районе р. Б. Хета. Лед здесь значительно меньшей мощности и располагается на меньших глубинах в самой верхней части санчуговской свиты вблизи ее границы с казанцевскими отложениями. В основании льда лежит мелкозернистый песок, а сверху алевритовая глина. Представление об образовании льда в условиях береговой зоны и о возможном дальнейшем его захоронении хорошо увязывается с данными В.Я. Слободина и О.В. Суздальского (1969), которые установили, что формирование этой части разреза скв. 31-БХ проходило в прибрежных условиях.
Развитие вечной мерзлоты на участках современных водоразделов в районе рек Б. Хета - Соленая на основании принятой выше гипотезы и анализа распределения льдистых включений по разрезу, вскрытому скважинами, можно представить следующим образом (рис. 1).
Впервые промерзание произошло в период времени до четвертичной трансгрессии. В пользу этого предположения говорят следы перерыва в осадконакоплении, выявленные на глубине 117 м, и отмеченная вблизи этой же глубины сильная льдистость, представленная мелкослоистой криогенной текстурой, которая, разреживаясь, прослеживается до глубины 180 м уже в отложениях верхнего мела. Резкое уменьшение льдистости наблюдается на границе плиоцен-четвертичных и верхнемеловых отложений. Точно указать время начала промерзания невозможно. В дальнейшем в начальной стадии трансгрессивной фазы промерзание шло сингенетично накоплению осадков. Эта часть разреза представлена песчаным алевритом, сильно насыщенным льдом в виде горизонтальных прослоев. На, этом же этапе образовалось мощное ледяное тело. Залегающие выше льда осадки, представленные глинистой пачкой, промерзли уже после окончания регрессивной фазы. Но возможно, что в начале регрессии некоторое время существовали условия, благоприятные для промерзания глинистой пачки сверху. На это указывают многочисленные разреживающиеся с глубиной тонкие прослойки льда в верхней части глинистых отложений. Кроме этого, глинистая толща должна была промерзать и снизу, со стороны льда и мерзлой толщи. В качестве доказательства этого утверждения можно указать на сетчатую текстуру льдистых отложений, лежащих выше ледяного тела, с уменьшением количества льда верх по разрезу. Таким образом, формирование вечномерзлой толщи в данном районе проходило в несколько этапов, причем имело место не только эпигенетическое промерзание, но часть отложений промерзла одновременно с накоплением осадков. Важна в изучении подземных льдов и возможность использования сведений о них для корреляции четвертичных отложений в применении к структурно-неотектоническому анализу. Четвертичные отложения отличаются значительной фациальной изменчивостью, что усложняет их корреляцию даже в пределах одного небольшого района, поэтому в области развития вечной мерзлоты важно учитывать такой дополнительный критерий, как подземный лед. Для построения с этой целью подземный лед рассматривается как определяющий, главный компонент отложений, а некоторый слой отложений, характеризующийся содержанием льда, понимается как единый горизонт. Отдельные залежи льда этого горизонта, не связанные между собой пространственно, должны быть более или менее одновозрастными и образовавшимися на единой в генетическом и морфологическом отношении поверхности. Имеются две предпосылки для такого
подхода в изучении подземного льда.
Одна из них касается широко
распространенных в среднем и верхнем
плейстоцене условий промерзания,
связанных с регрессией морского
бассейна. Сильнообводненная
поверхность, в ряде случаев
многократно заливаемая, в
относительной узкой зоне вдоль берега
является идеальной по однородности
условий формирования подземных льдов,
в первую очередь сегрегационных. Эта же
поверхность характеризуется слабой
расчлененностью и слабой
дифференцированностью по высоте. Следовательно,
показав для некоторого района, где
имеются подземные льды, что эти льды
образовались примерно в одно время на
единой генетической поверхности, можно
использовать слой отложений,
содержащий лед, для структурно-тектонического
анализа. Второй
предпосылкой является широкое
развитие, особенно в верхней
плейстоцене и голоцене, условий для
образования полигонально-жильных
льдов, в первую очередь на речных
поймах, озерных террасах и т. д. Поэтому
отложения, содержащие полигонально-жильный
лед, относящиеся к единой в
генетическом отношении поверхности,
также можно рассматривать как
некоторый «маркирующий» горизонт. Так,
например, А.И. Попов (1967) прямо говорит о
стратиграфическом значении мощных
сингенетических жильных льдов
приморских низменностей. Наиболее
удобны для изучения с таких позиций
полигонально-жильные льды, которые
залегают не вблизи от земной
поверхности, а перекрыты некоторым
слоем отложений. Из сказанного следует, что в определенных случаях подземный лед можно считать одним из критериев при корреляции части отложений, содержащих такой лед, и использовать его с точки зрения структурно-тектонических построений. Современное положение льдов в разрезе и пространстве дает возможность судить об относительном движении на последнем этапе геологической истории отдельных участков района хотя бы в первом приближении. Имеющийся материал позволяет проиллюстрировать высказанные положения двумя примерами. На юго-восточном побережье Енисейского залива в районе Сопочной Карги были пробурены три скважины, расположенные по профилю с юга на север на протяжении 11 км. Все они вскрыли ледяные тела на различных глубинах. Сравнение положения в скважинах горизонтов льда их мощностей позволяло выделить три коррелируемых уровня, на которых находятся лед. Первый - в верхних частях разрезов скв. 2-к и 3-к, где отмечен лед мощностью 7,5-8 м. Второй, средний горизонт льда, зафиксирован во всех скважинах. В скв. 1-к лед имеет мощность 2 м, в скв. 3-к в интервале не менее 2 м наблюдались многочисленные линзы и прослойки льда, а в скв. 2-к - несколько прослоев по 0,3 м каждый. Третий, нижний горизонт, наблюдался в скв. 1-к, где он представлен двумя прослоями мощностью 3,2 и 2,1 м и в скв. 2-к, где слой льда имеет мощность около 1 м. Верхний горизонт со льдом находится в толще осадков, сложенных глинистым алевритом и глиной; средний горизонт приурочен к нижележащей глинистой пачке, частично отделенной от вышележащих глинистых осадков слоем песчаного алеврита, а нижний горизонт со льдом лежит в верхней части песчаной толщи. Относительно генезиса льдов верхнего горизонта можно сказать следующее. Характер вмещающих отложений, представленных заторфованным песком, песчаным алевритом и торфом, а также присутствие во льду примеси минеральных частиц и растительных остатков, позволяет считать с достаточной достоверностью льды верхнего горизонта жильными. Часть разреза скв. 3-к, располагающаяся выше льда, представляет собой, несомненно, континентальный комплекс (несколько выше льда лежит 1,5-метровый слой торфа). Самая верхняя часть разреза скв. 2-к, включающая лед, также относится к континентальным отложениям казанцевского возраста (Слободин, Суздальский, 1969). Льды самого нижнего горизонта, по всей вероятности, нельзя относить к инъекционным, так как они залегают на литологической границе, причем перекрывают их глинистые, а подстилают песчаные алевриты, что, как было показано выше, противоречит условиям образования инъекционной залежи. Сопоставление разрезов скважин показывает, что прослои льда в скв. 2-к смещены вверх относительно прослоев в скв. 1-к и 3-к (рис. 2). Если разрез скв. 2-к мысленно опустить на 13-14 м, можно видеть, что все три горизонта со льдом во всех скважинах окажутся на одних и тех же гипсометрических уровнях. Исходя из этого, можно предположить поднятие участка скв. 2-к на величину около 14 м за время, прошедшее после формирования верхнего горизонта льда. В данном примере этот вывод подтверждается также сопоставлением границ литологических разностей. Верхний горизонт льда в скважинах Сопочной Карги сформировался в казанцевское время.
В пределах Малохетского поднятия прослои льда были встречены в пяти скважинах: 24-к, 55-к, 86-к, 83-к, 83-бис. Расположены они вдоль плавной кривой линии, параллельной современному берегу Енисея, на расстоянии от него в 5-7 км, на 20-25-метровой поверхности каргинской террасы. Крайние скважины отстоят друг от друга на 9 км. Характеристики положения ледяных тел в скважинах приведены в таблице. Эти данные показывают, что положение ледяных тел относительно уровня моря меняется в небольшом диапазоне. Можно констатировать довольно четкую приуроченность льдов к определенному гипсометрическому уровню. Мы считаем возможным отнести эти льды к полигонально-жильным. Во-первых, полигонально-жильные льды являются самыми характерными для озерно-аллювиальной каргинской поверхности. Во-вторых, как правило, они маломощные. На Енисее в обнажениях каргинской террасы часто встречаются эпигенетические жильные льды небольшой мощности. Ширина в верхней части составляет 0,5-1,0 м и быстро уменьшается книзу. В-третьих, вмещающие льды отложения как в обнажениях, так и в скважинах представлены заторфованными алевритами, торфом, песками с большим количеством растительных остатков. Формирование жильных льдов на этом участке должно было происходить непосредственно после выхода поверхности из-под уровня моря и начала промерзания. В дальнейшем они оказались погребенными в осадках озерно-аллювиального комплекса. Так как территория Малохетского вала освободилась от морского бассейна не раньше, чем в конце казанцевского времени, возраст льдов можно считать зырянско-каргинским. Пространственное положение ледяных тел, исторически возможная приуроченность их к некоторой прибрежной зоне указывают на одновозрастность льдов и предполагают образование их на единой генетической поверхности. За пределами Малохетского вала лед вскрыт в скв. 6-к. Лед здесь находится на тех же отметках, что и в скважинах, расположенных в пределах вала. Фиксированное гипсометрическое положение льдов в скважинах Малохетского вала и за его пределами на основании вышесказанного позволяет сделать предположительные выводы относительно этой территории. Малохетский вал не испытывал никаких дифференцированных движений, по крайней мере в верхнем плейстоцене и голоцене. В этот же период времени в стабилизированном состоянии были и локальные Малохетское и Фунтусовские поднятия, осложняющие вал. Изучение
подземных льдов, вскрытых как в
обнажениях, так и скважинами,
несомненно, представляет интерес не
только для палеогеографических
реконструкций и уточнения истории
формирования мерзлой толщи, но в
определенных условиях может быть
применено для целей структурного
анализа, корреляции четвертичных
отложений и выявления
неотектонических движений.
|
ЛИТЕРАТУРА
|
|
Ссылка на статью: Соловьев В.А. Опыт изучения подземных льдов Енисейского севера в целях палеогеографических и неотектонических реконструкций. Природные условия Западной Сибири. Изд-во Московского ун-та, Вып. 4, 1974, с. 34-48.
|
