- Свойства мерзлых г.п.

Лекция №8.

Св-ва мерзлых г.п.

Наиболее важные св-ва: физические, теплофизические, механические, пучинистые, осадочные (связанные с просадкой). Физ св-ва мерзлых г.п. 1) плотность , 2) влажность содержание в мерзлых г.п. воды удаляемой высушиванием при температуре 100^оС до постоянной массы г.п. дополнительно выделяется 2.1. суммарная влажность W_c – это отношение массы всех видов воды в тв. и т.д. состоянии содержащейсия в мерзлых г.п. к массе ее скелета и находящихся в них солей. 2.2. общая или естественная влажность W_ест – отношение массы воды всех категорий к массе г.п. 2.3. объемная влажность W_об – отношение объема воды в тв. состоянии и жидкой фазы к мерзлой воде. 3) льдистость – показатель характеризующий содержание подземного льда в мерзлых г.п. в % или доля единиц. Дополнительно выделяются 3.1. суммарная льдистость отношение массы всего льда в массе сухой г.п. 3.2. относительная льдистость – отношение М всего льда в объему мерзлых г.п. 3.3. объемная льдистость – отношение объема всего льда в объему мерзлых г.п. в зависимости от льдистости выделяются: а) сильно льдистые мерзлые г.п. – объем льда больше 50% от общего объема мерзлых г.п. после оттаивания они переходят в текучее и текуче-пластичное состояние, имеют высокую просадочность малую несущую способность, большую сжимаемость. б) льдистые мерзлые г.п. льдистость от 25 – 50%, св-ва промежуточные м/у соседними типами мерзлых г.п. с) слабо льдистые мерзлые г.п. льдистость < 25%, после оттаивания переходят в вязко-палстично или полутвердое состояние, имеют высокую водопрочность и низкую сжимаемость. 4) Пористость – это отношение объема всех пустот занятых незамерзшей водой и льдом к объему мерзлых г.п. 5) Размываемость – это способность мерзлых г.п. отдавать частицы минеральной массы в результате одновременного механического и теплового воздействия. 6) Размокаемость – это способность мерзлых г.п. при взаимодействии с водой терять связанность и превращаться в рыхлые массы. 7) Термическое расширение-сжатеи при изменении температуры и оценивается коэффициентом литологического α м объемного β расширения, которое характеризует линейную и объемную деформации мерзлых г.п. при изменении температуры на 1^оС. 8) Морозостойкость – это способность г.п. выдерживать без разрушения многократное замораживание и оттаивание. Дополнительно 8.1. марка морозостойкости – это число циклов промерзания и оттаивания в результате которых происходит потеря 25% первоначальной прочности и 5% массы. 8.2. характер морозостойкости. К_м – отношение предельного промерзания образцов при сжатии после замораживания сухих образцов к пределу пористости при сжатии сухих образцов. 9) Экспериментальные св-ва. 9.1. удельная электропроводность (τ) – это способность мерзлых г.п. проводить электрический ток 9.2. удельная электросопротивление (ρ) – это св-во мерзлых г.п. обратное электропроводности. 9.3. диэлектрическая проницаемость – это способность к поляризации под воздействием переменного электромагнитного поля за счет упорядоченной ориентации имеющихся в мерзлых г.п. связанных электрических зарядов. 10) Упрагие св-ва – характеризуются скоростями распределния упругих волн в мерзлых г.п. поперечных и поверхностных. Б) теплофизические св-ва мерзлых г.п. – коэффициент теплопроводности – это способность мерзлых г.п. перемещать тепловую энергию и числено = потоку теплоты, проходящей ч/з 1-у площади за 1-у времени, при темпераутном градиенте равном 1-е. объемная теплоемоксть – это кол-во тепла которое необходимо сообщить единице объема мерзлых г.п. чтобы изменилась ее температура на 1 ^оС. коэффициент теплоемкости мерзлого грунта К_мг – это скорость выравнивания температуры в различных точках мерзлых грунтов. В) механические св-ва мерзлых г.п. модули общей и упругой деформации коэффициент вязкости и сжимаемости. Коэффициент Пуассона. Сопротивление сжатию, растяжению, раздвигу, сдвигу.  Криологические св-ва. Ползучесть – это парастатические деформации во времени в мерзлых г.п. под действием нагрузки. Г пучинистые св-ва – это способность г.п. деформироваться в результате промерзания за счет увеличения объема и массы влаги. Основыными параметрами характеризующие пучинистые св-ва – это общая деформации пучения. Модуль пучения, удельные пластические силы пучения отражающие боковое давление на фундаменте сооружений. Д осадочные св-ва характеризуют уплотнение мерзлых г.п. в результате их оттаивания. Основные параметры осадочных св-в коэффициент оттаивания и сжимания.

Вместе с этой лекцией читают "11 - Основные понятия гидрометеорологии".

Строение криогенных многолетне-мерзлых толщ.

1) Эпикриогенные толщи – это скальные и полускальные г.п. преобладающие в разрезе криолито зоны. Формируются при промерзании сверху вниз литифицированных г.п. строение их зависит от состава сложности обводненотси, трещиноватости, срденей температуры на поверхности. Климата и др. факторов мощность до 100 – 1500 м. и более в разрезе эпикриогенные толщи сверху вниз. Выделяются 3-и зоны разной степени выраженности. А) приповерхностная зона сильного промерзания г.п. и активного криогенного выделения ее глубина определяется слоем годовых колебаний температур. В) промежуточная зона – сложена промерзшими г.п. древнейшей к.в. которая подстилается малольдистыми, часто морозными г.п. мощности несколько сотен метров. С) нижняя зона – это горизонт трещинных коренных г.п. содержащие скопление соленых вод или рассовлов с отрицательной температурой – криопэги (подземные озера с максимальной концентрацией солей). Криогенное строения толщ рыхлых отложений зависит от их состава генетического типа степени литификации г.п. влажности, наличия водоносных горизонтов и ландшафтно-климатической обстановки. С эпикриогенными св-вами эпигенетические ледяные жилы мощностью до 6 – 8м. приурочены к верхним горизонтам разрезов. 2) Синкриогенные толщи – формируются на эпикриогенных многолетне-мерзлые г.п. игра.щих роль субстрата, мощность их несколько десятков метров верхняя граница этих толщь постепенно смещается на величину мощности ежегодного накопления континентальных осадков с учетом их распучивания при переходе в мерзлое состояние. Новообразование отслеживает переход в многолетне-мерзлое состояние постепенно через цикл промерзания оттаивания число которых может достигать нескольких 10000-яч. В зависимости от строения синкриогенных толщ  выделяется южный и северный типы разрезов. В результате южного типа равномерно по всей мощности располагаются толстые горизонтальные слои льда. Иногда они отсутствуют и г.п. породы приобретают массивную малольдистую криотекстуру. В разрезах северного типа мерзлые г.п. по всей мощности имеют высокую льдистость тонкослойчатую или слоисто-сетчатую криотекстуру и содержат ледяные шлиры до нескольких см. В целом криогенные толщи имеют супечаную пылеватый состав обогащенный растительными остатками, рассеянным органическим ве-вом разной степени разложения и содержит вертикальные ледяные жилы языковидной формы. 3) Диакриогенные толщи – мерзлых г.п. возникшие в результате всестороннего промерзания переувлажненых осадков имеет высокую льдистость. Криотекстуры их базальные решетчатые, сетчатые.

Криолито зона.

В пределах криолито зоны имеет сплошное или прерывистое распростроенение по всей площади и на глубину. От других частей разреза з.к. криолито зона отличается тем, что слогающие ее г.п. имеют отрицательные температуры. Независимо от наличия и фазового состава в них воды. географическое распределение криолито зоны зависит от: а) от условий формирования и температурного режима в лое годовых колебаний температур, б) ландшафтно-климатических и орографических условий. в) наличия сквозных таликов и лр. Факторов. В площадном развитии криолито зоны делятся на южные и северные геокриологические зоны. В каждой из которых выделяются под зоны сплошного и прерывного типа распределения многолетне-мерзлых г.п. развитие криолито зоны на глубину определяется геокриологическими и гидрогеологическими особенностями района  условиями многолетнего промерзания г.п. и общей истории геокриологического развития в позднем KZ. В результате непрерывного формирования мерзлые толщи разделенные слоем талых г.п. в геологическом строении кроилито зоны принимают участие рыхлые отложения KZ  и Q возраста и до KZ геологической формации. Криолито зона сложена эпикриогенными г.п. различной степени льдистости от слабольдистых до льдистых. Их возраст определяется сначала многолетнего промерзания которая оценивается от 2 млн. лет и более и до нескольких в зависимости от того где выделены мерзлотные толщи. В разрезе криолито зоны в зависимости от содержания в мерзлых г.п. льда соленых вод. рассолов и газов выделяется ярусы: 1) ярусы мерзлых и морозных г.п. содержащие и не содеражщие лед. 2) ярусы охложденых г.п. до температуры ниже 0 ^оС. содержащие соленые п.в. и рассолы, а так же гидраты газов. 3) ярусы реликтовых плейстоценовых многолетне-мерзлых г.п. перекрытые с поверхности только талыми или талыми и мерзлотными многолетне-мерзлыми позднеголоценовыми и современными г.п. по условиям залегания и формирования выделяется субаэральная область криолито зоны компонентов. Субмаринная область криолито зоны основывается полярные области криолито зоны под акваторией полярных областей и прилегающих морей. Субляциальная область криолито зоны под ледниками. 1) Субаэральная криолито зона – занимает всю сумму территорий ФР и БСССР. В зависимости от характера площадного распространения, мощности криогенного строения и криогенного возраста она делится на северные геокриологические зоны. 1.1. южная геокриологическая зона – к этой зоне относится горные системы юга Сибири и большой. В ее разрезе выделяется один ярус мощность до 100м. изменение мощности на равнинах зависит от широты местности, а вгорах от высоты зоны теплообмена. В этой зоне четко проявлены широтная зональность изменения мощности мерзлых толщь. Выделяются под зоны: а) подзона рекдоостровного распространения многолетне-мерзлых г.п. ее мощность 15 – 25 м. б) подзона массивно-островного распростронения многолетне-мерзлых г.п. мощность до 25 – 50м. в) подзона перерывистого распротроения многолетне-мерзлых г.п. мощность до 100м. возраст многолетне-мерзлых г.п. зоны позднеголоценовый и соврменый. 1.2. северная геокриологическая зона – южная граница этой зоны в еврпейской части совпадает с полярным кругом в зпадной Сибири она до параллели 60^о в восточной Сибири Забайкалье достигает широт ~ 53^о. Ее мощность колеблется от 0 до 1500м и более в пределах горного рельефа и древних щитов зона состоит из одного яруса сложенного многолетне-мерзлых г.п. которые подстилаются талыми водоносными толщами. На других платформах молодых плитах и вдоль побережья полярного бассейна ярус многолетне-мерзлых г.п. имеет мощность от 25 – 500 м. и подстилается охлажденными г.п. содержащими криопеги. На севере русской платформы в пределах Западно-Сбириской плиты и межгорных впадинах Прибойкальая зона характеризуется 2-ух ярусными строением. Верхний ярус многолетне-мерзлых г.п. имеет позднеголоценовый криогенный возраст, а нижний ярус плейстоценовый возраст. Ярус многолетне-мерзлых толщ разного возраста сливаются и образуют криогенную толщу большой мощности которая в З-С достигает 300 – 500м, в Сибирской платформе – до 1000 – 1500, в горных районах С В до  300 – 800м. и более в метиоритных впадинах до 200 – 400 м.мощность криолито зоны в горных районах увеличивается с ростом высоты рельефа и степени его расчлененности. В разрезе зоны развивается сквозные и несквозные талики речного типа. В пределах низменных равнин на платформах и молодых плитах на поверхности разрезов 2-а типа многолетне-мерзлых толщ. 1) высокольдистые эпикриогенные морские и ледниковые рыхлые отложения с залежами пластовых льдов. 2) высокольдистые синкриогенные озерные аллювиальные склоновые и др рызлые отложения с мощностью до 40 – 80 м. с сингенетическими ледяными жилами. Мерзлотные толщи рыхлого чехла подстилаются эпикриогенными коренными скальными и полу скальными г.п. 2) Субмаринная криолито зона – включает океаническую и мелководную части полярных бассейнов. Океанические криолито зоны занимают впадины арктического бассейна и сложена овлажненными г.п. насыщенными морской водой с температурой до – 0,7^оС. мощность = 1-е 10-и км. шельфовая криолито зона приурочена к шельфу акртических морей она сложена охлажденными г.п. с температурой 0,7 – 1,9 ^оС. содержит реликтовые линзы мерзлых г.п. 3) Субляционные криолтто зоны развиваются под холодными ледниками, у которых температура льда на подошве ниже 0^оС мощность 1-е м. до 500 м. и более. Темпераутра г.п. под малоподвижными ледниками модет достигать – 10^оС – 15 и ниже. Талики.  Это значительные толщи г.п. в зонах сильного развития мерзлоты, существующие непрерывно более годы. Выделяются: 1) несквозные – распространяются на некоторою глубину и подстилаются снизу многолетне-мерзлых г.п. 2) сквозные талики – это массы талых г.п. залегающих по всей мощности мерзлой толщи. 3) внутримерзлотные это тела разной формы талых и немерзлых г.п. ограниченные со всех сторон многолетне-мерзлых г.п. 4) первичные талики – это участки г.п. которые ранее не переходили в мерзлое состояние. Если таликовые зоны образуют значительные  площади, то формируются таликовые зоны. Разработаны многочисленные классификации таликов. По положению в рельефе водораздельные склоновые цельные. По условиям и степени обводненотис водонасыщения, водоупроные и сухие. По морфологии: изометричные воронкообразные, удлененые, рубчатые и др. по продолжительности существования: многолетние, сезонные, устойчивые, неустойчивые. В зависимости от динамики п.в: водопоглащающие, вдовмещающие, водопроводящие, водовыводящие. По отнгошению водоносных г.п. к многолетне-мерзлым г.п: надмерзлотные, межмерзлотные. Внутримерзлотные, подмерзлотные. В зависимости от способа теплопередачи: кондуктивные, конвективные и переходные м/у ними. В зависимости от источника вмещающего тепла: энергия солнца, поверхность п.в. эндогенные потоки тепла, экзогенные реакции и т.д. Часто  используются классификация Рашевского. Типы и подтипы таликов в зависимости от типов вмещающего тела.

Гидрологические особенности криолдиот зоны.

В результате криолиты зоны выделяются 3и типа п.в: надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные котореы гидравлически связаны м/у собой через сквозные талики и взаимодействуют с п.в. Надмерзлотные воды – это п.в. деятельного слоя и подмерзлотных островных таликов. Водоупроные горизонты – верзняя граница многолетне-мерзлых г.п. в теплое время года надмерзлотные воды имеют вес признаки безнапорнызх грнутовыз водоносных горизонтов, питаются за счет атм. Осадков и поверхностных водоемов и водотоков. При этом область распростроения надмерзлотных вод связана с областью их питания. В зимнее время надмерзлотные воды постепенно промерзают сверху вниз. Сопровождаются параллельным ростом внутреннего давления или напора, что является причиной формирования наледей и бугров пучения на поверхности грунтов. Межмерзлотные воды – приурочены к замкнутым и сквозным таликам, имеют разную температуру и степень миграции (к ним отностся п.в. криолито зоны образующие разные геологические структуры). Подмерзлотные в. – залегают ниже подошвы многолетне-мерзлых г.п. на глубине = 600м. и выше. Они могут быть и безнапорными. Минирализация разнообразная от пресных до рассолов высокой концентрации.