Б.И. Втюрин

 ЗАЛЕЖЕОБРАЗУЮЩИЕ ПОДЗЕМНЫЕ ЛЬДЫ В НИЗОВЬЯХ ЕНИСЕЯ

Генезис и распространение подземных льдов, в особенности образующих достаточно крупные ледяные тела, представляет большой практический интерес для изыскателей и строителей. Низовья Енисея, где в мощной толще рыхлых мезокайнозойских отложений обнаружены и разрабатываются богатые запасы природного газа, являются районом первоочередного хозяйственного освоения Поэтому рассматриваемый в статье вопрос представляется актуальным.

Несомненно важен вопрос о генезисе залежеобразующих подземных льдов и в теоретическом плане. Известно, что проблема происхождения и механизма формирования, например, пластовых залежей первичного внутригрунтового льда еще далека от решения (Втюрин, 1971). Были высказаны различные гипотезы их образования и на рассматриваемой территории.

Первые сведения о наличии многолетнемерзлых пород (ММП) и залежей подземного льда в низовьях Енисея сообщил И.А. Лопатин (1876). Совершенно определенно он выделил и описал повторно-жильный лед, причем для островов Бреховского архипелага отметил современный рост жил. Некоторые из встреченных залежей подземного льда он считал погребенными речными, морскими, снежными или наледными.

В 40-50-х годах нашего столетия залежи подземного льда в морских, аллювиальных и ледниковых отложениях отмечают Г.Е. Рябухин, В.Н. Сакс, К.В. Антонов, В.М. Пономарев. Из описаний этих авторов четко выявляется лишь первичный внутригрунтовый генезис ледяных залежей в ядрах современных бугров пучения. Что касается ледяных тел мощностью от 2 до 20 м в отложениях террас и на водоразделах, то данных так мало, что выводы авторов о них, как о погребенных первичноповерхностных (снежных – В.М. Пономарев, морских - К.В. Антонов, озерных - В.Н. Сакс) можно принять лишь в качестве предположений. Преимущественно это данные о глубине залегания, мощности (в основном по скважинам) ледяных тел и приуроченности их к тем или иным вмещающим породам.

Позднее пластовые залежи льда в санчуговских алевритах у пос. Ладыгин Яр отметил Е.М. Катасонов (1965) и без достаточных оснований отнес их к погребенным морским. Также бездоказательно погребенным донным льдом считал пластовые залежи в устье Енисея В.А. Усов (1967). Ряд обнажений с выходами мощных пластовых залежей первичного внутригрунтового льда описан в этом районе Л.М. Шмелевым (1967). Все залежи отнесены им к инъекционному типу, с чем также нельзя согласиться. Все указанные исследователи, а также многие геологи, работавшие в этом районе (С.А. Стрелков, Ю.Н. Кулаков, С.Л. Троицкий, И.Д. Данилов и др.), указывают на широкое распространение повторно-жильных льдов. Однако описания самих льдов мы ни у кого не встретили.

Автор специально занимался исследованием подземных льдов в рыхлых четвертичных отложениях в низовьях Енисея на участке от г. Дудинки до пос. Иннокентьевская и Воронцово летом 1965 года (Втюрин, 1966). Анализ материалов указанных выше исследователей и полученных нами в результате полевых работ позволяет сделать следующие общие выводы.

Из залежеобразующих подземных льдов в низовьях Енисея встречаются: повторно-жильные, пластовые - сегрегационные и погребенные - снежные, озерные, морские. Рассмотрим кратко основные черты их строения и особенности распространения в пределах района.

Повторно-жильные льды - наиболее распространенный вид залежеобразующих льдов на территории района. Они хорошо выражены на поверхности современной высокой поймы рек в виде валикового жильно-полигонального рельефа и меньше на террасах и водоразделах, где валиковый рельеф наблюдается лишь на хорошо увлажненных участках, а бугристый - близ бровки склонов. Жилы развиты преимущественно в тонко дисперсных (суглинок, супесь, пылеватый тонкозернистый песок) аллювиальных, водно-ледниковых, прибрежно-морских и склоновых отложениях. Размеры жил: ширина поверху 0,5-2 м, высота 2-10 м, поперечник полигонов 10-15 м. Объемная макрольдистость пород, в среднем 3-5 % до глубины 3-5 м. По способу формирования преобладают, по-видимому, эпигенетические ледяные жилы. Вместе с тем сингенетические в верхней части жилы наблюдались нами в устье р. М. Хета и в районе пос. Иннокентьевская.

По времени образования повторные ледяные жилы можно подразделять на современные и ископаемые. Современные ледяные жилы были описаны нами в пойме р. М. Хета и на склоне 60-метровой поверхности в склоновых отложениях в районе пос. Иннокентьевская. Лед современных жил характеризуется неупорядоченной слабо выраженной вертикальной слоистостью, большим количеством газообразных и малым - твердых примесей. Вследствие этого цвет льда белый. Структура льда ярко выраженная аллотриоморфнозернистая, мелкозернистая. Такое строение свидетельствует о редком обводнении поверхности, на которой происходило морозобойное растрескивание и о значительном участии в льдообразовании сублимационного материала. По составу лед этих жил можно определить как сублимационно-конжеляционный.

Ископаемый повторно-жильный лед был описан нами в прибрежно-морских верхнесанчуговских пылеватых тонкозернистых песках и супесях на правом берегу р. Енисей в 5-7 км ниже Усть-Порта. Жилы, имеющие четкие сингенетические боковые контакты в своих верхних частях, начинаются на разных уровнях. Так, из трех наиболее детально описанных жил, первая начинается на высоте 21 м, вторая - 23 м и третья - 25 м над современным урезом воды Енисея. Такое положение жил, в свою очередь, также свидетельствует о сингенетическом способе формирования этого горизонта толщи ММП. Лед ископаемых жил по своему строению отличается ото льда современных жил. Характерна четкая вертикальная слоистость, большое количество твердых и сравнительно малое - газообразных примесей. Это свидетельствует о частом обводнении поверхности, на которой происходило морозное растрескивание, возможно даже о постоянном обводнении (прибрежная отмель). Поскольку в настоящее время в таких условиях современное морозное растрескивание и рост ледяных жил наблюдается лишь в крайне суровых условиях Яно-Индигирской Приморской низменности (температура ММП ниже минус 8-9°), можно предполагать существенное отличие климатических условий района в период формирования этой пачки пород от современных. Изменение условий обводнения поверхности происходило и в процессе сингенетического накопления этих ММП, так как по мере повышения уровня голов жил лед в них изменяется от чисто конжеляционного до конжеляционно-сублимационного. Жила, начинающаяся на высоте 25 м, по строению уже близка к современным.

Химический анализ воды из льда современных и ископаемых жил подтверждает сделанный вывод о большем участии в сложении современных жил сублимационного материала. Минерализация льда современных конжеляционно-сублимационных жил в 3-4 раза меньше минерализации льда древних конжеляционных жил (21 мг/л против 68-78 мг/л).

Пластовые залежи сегрегационного льда по распространению значительно уступают повторно-жильным. Так же, как и в пределах Западной Сибири (Баулин и др., 1967), они приурочены к участкам распространения морских осадков санчуговского и казанцевского времени. Ранее (1968) нами было высказано предположение о приуроченности пластовых залежей преимущественно к положительным тектоническим структурам, которые в рассматриваемом районе перспективны на газ. Это обстоятельство заставляет относиться к подземных льдам этого вида с особым вниманием.

В 1965 г. нами были описаны залежи сегрегационного льда в трех обнажениях по обоим берегам р. Енисей. Первоначально (Втюрин, 1966) к сегрегационному типу мы отнесли лишь 2 маломощные пластовые залежи подземного льда, встреченные в прибрежно-озерных песчаных верхнесанчуговских или казанцевских отложениях (точно не установлено) на правобережье Енисея в 6 км ниже Усть-Порта. Первый пласт, мощностью 0,4 м был пройден на глубине 5,8-6,2 м от поверхности террасы, второй, мощностью 0,75 м - на глубине 7,6-8,35 м. Разделяющий их слой разнозернистого пылеватого песка имеет ненарушенную четкую горизонтальную слоистость. В кровле верхнего пласта супесь илистая и тонкозернистый пылеватый песок с заметной горизонтальной слоистостью. В подошве нижнего пласта - разнозернистый горизонтально-слоистый, с пачками косо-волнистого и волнисто-слоистого песка. Местами довольно отчетливо проявляется ленточно-подобная слоистость.

Контакты пластов льда и грунта четкие, прямолинейные вверху и мелковолнистые внизу. Лед очень чистый в верхнем пласте и со значительным количеством примесей газа и пылеватых частиц и песка - в нижнем. Соответственно размер зерен льда верхнего пласта крупнее, чем нижнего. Максимальный поперечник зерен первого -32 см, второго -. 14 см. Кристаллографическая ориентировка упорядоченная, преимущественно вертикальная. Химический анализ воды из льда обоих пластов показал гидрокарбонатно-натриевый состав и малую минерализацию (около 50 мг/л), несколько увеличивающуюся (до 90 мг/л) в нижней части второго слоя. Сегрегационный генезис этих пластов не вызывает сомнения.

Также, по-видимому, сегрегационный генезис имеет пласт льда, вскрытый в санчуговских алевритах на правом берегу Енисея близ пос. Караул. Здесь пласт мощностью около 0,5 м имеет наклонное залегание и верхним концом упирается в современные склоновые отложения, перекрывающие санчуговские алевриты. Лед содержит немногочисленные примеси пузырьков газа и довольно много примесей грунта. Они образуют прослои, параллельные контактам пласта, и состоят из частиц песка и плотных комочков суглинка. Лед крупнозернистый, поперечник зерен до 14 см (в среднем 10 см). Вода из этого льда очень мало минерализована (1,8 мг/л) и имеет также гидрокарбонатно-натриевый состав.

Пласт льда, описанный нами на левом берегу Енисея в 7-8 км ниже пос. Иннокентьевская, существенно отличается от рассмотренных выше и условиями залегания и строением. Пласт льда начинается на глубине 1 м от поверхности, перекрыт лишь слоем делювиально-солифлюкционного суглинка. Видимые размеры залежи: ширина вверху 2 м, протяженность -7м (уходит глубже). Падение близко к вертикальному, полностью согласуется с падением слоев вмещающего пылеватого песка. Лед равномерно-крупнозернистый, поперечник зерен 1-2 см. Отчетливо проявляется направленная - горизонтальная, перпендикулярно падению пласта кристаллографическая ориентировка льда с довольно высокой степенью упорядоченности. Во льду довольно много пузырьков газа, распределенного беспорядочно, часто в виде скоплений - гнезд. Форма пузырьков овальная, сферическая, реже цилиндрическая, свидетельствующая о чисто водном генезисе льда. Давление газа в пузырьках близко к атмосферному. Такое строение льда заставляет предполагать горизонтальное положение пласта в момент его формирования.

Нарушенное залегание имеет не только пласт льда, но и вмещающие пылеватые пески с толстошлировой в настоящее время вертикально- и наклонно-слоистой криотекстурой, согласно с первичной слоистостью песка. Нарушенное залегание породы прослеживается по всему термокарстовому цирку (200 м в поперечнике и 100 м в глубь берега). Повторные ледяные жилы, проникающие в льдистый пылеватый песок и в пласт льда - новейшие образования, одновозрастные с верхним слоем склоновых отложений. Все это приводит нас к выводу о том, что механизм формирования пласта льда, так же как и рассмотренных выше пластов с ненарушенным залеганием, сегрегационный. Природа же нарушений в залегании пласта льда и вмещающих ММП - вопрос открытый. Автором было высказано предположение о тектонической причине этих нарушений (Втюрин, 1971).

Из погребенных первичноповерхностных льдов исследователи отмечали снежные (Лопатин, 1876; Сакс, 1940 и др.), морские (Катасонов, 1965; Усов, 1967) и озерные (Сакс, 1940). Две залежи погребенного озерного льда были в 1965г. описаны и нами. В обоих случаях это лед мелких озер - промерзших водоемов в днищах древних термокарстовых цирков, подвергшихся вторичному разрушению и потому обнаруживающихся в естественных обрывах современных (вторичных) термокарстовых цирков.

Первая залежь была обнаружена в днище термокарстового цирка на правом берегу Енисея в 11 км ниже Усть-Порта. Видимое протяжение залежи 10 м, в глубь берега она прослеживается на 3 м, мощность -2 м. Залежь располагается на высоте 30-32 м над современным меженным уровнем реки. Вмещающая порода - склоновые отложения древнего цирка: пылеватый суглинок с почвенно-дерновым покровом мощностью 1 м. Залежь имеет четкую горизонтальную и близкую к ней слоистость. Всего выделяется 4 слоя мощностью от 0,3 до 1 м, свидетельствующие о неоднократном неполном протаивании льда водоема с поверхности и продолжительном, по крайней мере, 4-летнем периоде ее формирования в целом. На ледяном дне озерка в летний период накапливался слой тонкодисперсного грунта толщиной 3-10 см, который зимой промерзал. Криогенная текстура его преимущественно атакситовая. В отдельные годы озерко очевидно дренировалось и на поверхности накапливался слой супеси и мелкого песка с первичной слоистостью, характерной для отложений русел мелких потоков Об этом же свидетельствует неровная верхняя поверхность некоторых слоев льда и нижняя поверхность прослоев грунта. Этим же, очевидно, объясняется не горизонтальная, а вогнутая поверхность раздела между слоями 3 и 4. Верхняя поверхность залежи также не первичная, размытая и перекрывается склоновыми тонко дисперсными отложениями.

Лед залежи крупнозернистый, поперечник зерен колеблется от 2-3 см на участках со значительным количеством включений газа до 6-8 см на участках, где их мало. Судя по "цветам" Тиндаля, кристаллографическая ориентировка льда упорядоченная, преимущественно вертикальная. Твердые примеси имеются только в основании слоев, пузырьки газа встречаются повсюду.

Вторая залежь, обнаруженная также в борту вторичного термокарстового цирка на левом берегу Енисея в 4 км ниже пос. Иннокентьевская, имеет, очевидно, еще более молодой возраст, так как он перекрыт лишь 0,5-метровым слоем склоновых отложений. По-видимому, залежь льда мощностью 0,5 м и видимым протяжением 1,5 м образовалась в результате замерзания воды в эрозионной промоине в днище цирка, подпруженной перед промерзанием и перекрытой в первый же сезон после промерзания. Во льду много примесей, в том числе совершенно свежие, зеленые растительные остатки, комочки суглинка, включения гальки, образующие некоторое подобие слоистости. Вероятно, формирование залежи шло в течение одного осенне-зимнего сезона путем постепенного прерывистого заполнения промоины водой и ее замерзания. Лед крупнозернистый, но не такой, как в предыдущей залежи. В среднем поперечник кристаллов немного превышает 1 см. Пузырьков газа больше в верхней части залежи, твердых примесей, наоборот, много в нижней части и нет - в верхней.

Погребенные первичноповерхностные льды значительно уступают по распространению залежам льда любого другого генезиса. Очевидно, находки их возможны лишь на склонах и в основании достаточно подвижных солифлюкционных склонов Изучение их представляет главным образом теоретический интерес.

Литература

1. Баулин В.В., Белопухова Е.Б., Дубиков Г.И., Шмелев Л.М. Геокриологические условия Западно-Сибирской низменности. М., "Наука", 1967.

2. Втюрин Б.И. Криогенное строение четвертичных отложений в низовьях Енисея. Мат-лы к научно-техн. конф., ПНИИИС, М.,1966.

3. Втюрин Б.И. Бореальные трансгрессии и генезис пластовых залежей подземного льда. В сб.: "Кайнозойская история полярного бассейна и ее влияние на развитие ландшафтов северных территорий. Л., 1968.

4. Втюрин Б.И. Подземные льды СССР. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. геогр. наук. М., I971.

5. Катасонов E.М. Льды в морских отложениях. - "Природа", 1967, №6.

6. Лопатин И.А. Некоторые сведения о ледяных слоях в Восточной Сибири. Приложение к Зап. Акад. Наук, № 1, т.29, С-Пб, 1876.

7. Рябухин Г.Е. О некоторых проявлениях вечной мерзлоты в районе Усть-Порта. "Проблемы Арктики", 1939, № 6.

8. Сакс В.Н. Некоторые данные о вечной мерзлоте в низовьях Енисея. "Проблемы Арктики", 1940, №1.

9. Усов В.А. Криогенное строение и формирование многолетнемерзлых морских отложений. - Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геол.-мин. наук Л., 1967.

10. Шмелев Л.М. Происхождение пластовых залежей подземного льда в низовьях р. Енисея. Изв. АН СССР, сер. геогр., 1967, № 2.

Ссылка на эту статью:

Б.И. Втюрин. Залежеобразующие подземные льды в низовьях Енисея. Труды ПНИИИС, т. XVIII, Москва, 1972, с. 175-182.