CC BY-NC
17Распространение, возраст и генезис синкриогенных песков на территории России
Аверкина Татьяна Ивановна
кандидат геолого-минералогических наук
доцент кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета Московского
государственного университета имени М В. Ломоносова
119234, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, сектор, оф. 109
И averkina@geol.msu.ru
Статья из рубрики "Многолетнемерзлые породы и подземные льды Арктики"
Аннотация.
Объектом исследований являются синкриогенные пески, развитые на территории России. Они встречаются в приморских районах молодой Тимано-Печорской плиты и орогене Пай-Хоя, севере молодых Западно-Сибирской и Яно-Колымской платформ, севере и центре древней Сибирской платформы, в пределах молодого Верхояно-Чукотского орогена и древнего Байкало-Патолмского орогена, верхнем поясе древнего Алтае-Саянского орогена, северной половине новейшего Байкальского рифтогена, а также на некоторых островах арктического шельфа. Составлена схематическая карта распространения песков четвертичного возраста различного генезиса в пределах криолитозоны России. На её основе, а также с учетом анализа и обобщения имеющихся публикаций по теме, выявлены и описаны основные закономерности пространственного распределения синкриогенных песков. Чаще всего они входят в состав верхнеплейстоцен-голоценовых комплексов морского, аллювиально-морского и аллювиального генезиса, реже озерно-аллювиального, озерно-ледникового, водноледникового и эолового. На Западно-Сибирской и Яно-Колымской платформах установлены, помимо этого, более древние образования - среднеплейстоцен-голоценовые, а на Сибирской платформе - раннеплейстоцен-голоценовые. Синкриогенные пески залегают в верхней части разреза различных геоморфологических элементов и часто подстилаются эпикриогенными.
Ключевые слова: пески, синкриогенные, генезис, распространение, возраст, эпикриогенные, Россия, платформы, орогены, рифтоген
DOI:
10.7256/2453-8922.2018.2.25809
Дата направления в редакцию:
11-04-2018
Дата рецензирования:
11-04-2018
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 17-05-00944а)
Введение
Пески - один из наиболее распространенных видов грунтов, с которыми сталкиваются инженер-геологи в процессе своей производственной и научно-исследовательской деятельности. Однако некоторые аспекты их изучения до сих пор не проработаны. В частности, это касается особенностей пространственного распределения песков на обширной территории России. По самой освоенной Европейской части такая информация
содержится в ряде работ другие регионы изучены хуже и не охвачена
криолитозона, хотя на неё приходится более 60 % площади страны. Чтобы охарактеризовать эту территорию, была составлена схематическая карта распространения песков четвертичного возраста различного генезиса в пределах криолитозоны России (рис.1). При работе над этой картой были использованы опубликованные в Интернете на сайте Всероссийского научно-исследовательского геологического института (ВСЕГЕИ) листы Государственной геологической карты (Карты четвертичных отложений) масштаба 1:1000 000 2-го и 3-го поколений и Карта четвертичных образований территории Российской Федерации масштаба 1:2 500 000
Многолетнемерзлые пески можно встретить на севере Балтийского щита и северной окраине Русской плиты Восточно-Европейской платформы, северной части Тимано-Печорской платформы, северной и центральной частях Западно-Сибирской плиты, в пределах Сибирской, Яно-Колымской и Зее-Буреинской платформ, а также на Урале, в орогенах Сибири и Дальнего Востока.
При описании особенностей пространственного распределения песчаных грунтов по площади и разрезу учитывалось их деление на синкриогенные и эпикриогенные разности.
Синкриогенные пески развиты в основном на севере криолитозоны. Они залегают в верхней части разреза различных геоморфологических элементов (часто совместно с диагенетическими породами). В южной половине криолитозоны сингенетические пески встречаются редко, там господствуют грунты эпикриогенные.
Распространение сингенетических мерзлых пород на западе и востоке Российской Арктики существенно различается. В западной части они выделяются в основном севернее Северного полярного круга, а в восточном секторе простираются и
значительно южнее полярного круга, до 54-520 с.ш. ^^ Более подробно особенности распространения синкриогенных песков по площади и разрезу в пределах различных частей криолитозоны рассмотрены ниже.
Рис. 1. Схематическая карта распространения песков четвертичного возраста
в криолитозоне России
Платформы и орогены Европейской части России
На Европейском севере России синкриогенные пески выделяются в приморских районах Тимано-Печорской плиты (побережья Печорского моря, Коровинской, Колоколковой, Болванской, Паханческой и Хайпудырской губ), узкой прибрежной полосе Пай-Хоя, островах Вайгач и Новая Земля. Они участвуют в строении самой низкой морской террасы, лайды, речных пойм и дельт, приурочены к верхнеплейстоценовым, а чаще голоценовым морским, аллювиально-морским и аллювиальным отложениям. Характерной особенностью многолетнемерзлых грунтов этих комплексов является их довольно высокая температура (по сравнению с Сибирью), наличие маломощных повторно-жильных льдов и пластовых сегрегационно-инъекционных льдов. Встречаемость
повторно-жильных льдов уменьшается в южном направлении Входящие в состав
комплексов пески по гранулометрическому составу изменяются в широком диапазоне -от гравелистых до пылеватых, преобладают мелкие и пылеватые. Местами, а на лайде почти везде, встречаются оторфованные разности.
В прибрежной полосе Печорской плиты и Пай-Хоя, как и на всем Арктическом побережье, широко распространены засоленные многолетнемерзлые породы морского генезиса. Наиболее засолены грунты низкой лайды, которые заливаются морем во время приливов и нагонов. В районе пос. Варандей и Хайпудырской губы с глубины 0,3-2,0 м залегают охлажденные пески с содержанием солей 0,15 %. При этом на приподнятых участках низкой лайды и в ее тыловой части те же пески до глубины 3-5 м нередко оказываются рассолеными (содержание солей не выше 0,05-0,40 %) и многолетнемерзлыми. На пляже и береговых барах мощность слоя рассоленных песков составляет 1-5 м, а на высокой лайде до 5-8 м. В результате на фоне в целом сплошного (по площади и разрезу) распространения многолетнемерзлых пород в пределах низкой лайды развиты лишь острова мерзлоты мощностью не более 1-4 м. С охлажденными породами связаны напорные минерализованные охлажденные воды -криопэги. Они приурочены к прослоям песков с температурой -1,0...-2,0°С. На низкой лайде криопэги встречаются с глубины 3-5 м, на высокой лайде - с 6-15 м
Западно-Сибирская платформа
В Западной Сибири синкриогенные пески развиты, в основном, в северной половине Ямальского, Гыданского и Тазовского полуостровов. Они участвуют в строении морских и лагунно-морских террас, современной лайды и поймы рек. Их возраст изменяется от среднеплейстоценового до современного, генезис морской, аллювиально-морской и
аллювиальный, среднегодовые температуры низкие - до -8 - -100С. В синкриогенных песках довольно часто встречаются повторно-жильные льды, но мощные образования являются редкостью.
Самыми древними синкриогенными толщами, по-видимому, являются морские отложения регрессивной пачки салехардской свиты среднего плейстоцена Они представлены 56-метровой пачкой песков или оторфованными суглинками и супесями с песчаными прослоями. Встречаются пески самого разного гранулометрического состава - от гравелистых до пылеватых. Пески крупные, средней крупности и мелкие отличаются хорошей сортировкой (табл.). Вниз по разрезу содержание песков в составе салехардской свиты резко уменьшается, а глинистых грунтов, наоборот, увеличивается.
Более молодые синкриогенные пески позднеплейстоцен-голоценового возраста морского генезиса мощностью до 10-15 м участвуют в строении казанцевской прибрежно-морской равнины, а также более молодых террас и лайды. На Ямале в разрезах казанцевской свиты (mQ1ПI) на пески приходится около 30 %; в отложениях первой, второй и третьей террас - 30-35 %; на лайде - до 60 % и более. Преобладают мелкие и пылеватые разности, иногда со значительным содержанием рассеянной органики (до 5-15 %), с прослоями и линзами аллохтонного торфа
Таблица
Гранулометрический состав песков салехардской свиты Северной Обь-Енисейской
области
(обобщенные данные)
Грунт Коли- Глуби- Процентное содержание частиц по фракциям (диаметр в
ч е с тв о мм)
на
образцов отб о ра
образ- >1 1-0,5 0,50,25 0,250,1 0,10,05 0,050,01 <0,01
цов,
м
Песок гравелис- 2 1,2 -1,6 34-54 44 10-12 11 17-32 25 10-14 12 4-6 5 2-4 3
тый
Песок крупный 1 1,4 -1,6 10 46 31 4 3 6
Песок средней 26 0,2 -20,0 0-34 4 2-37 12 22-70 51 4-41 23 0-12 6 1-8 3 0-11 1
крупности
Песок мелкий 52 0,2 -21 0-6 0 0-45 3 1-45 30 4-85 52 1-24 9 0-13 4 0-12 2
Песок пылева-тый 92 0,1 -18,0 0-7 0 0-10 1 0-50 10 1-70 33 9-75 35 1-31 15 0-15 6
Примечания: в числителе показаны пределы содержания каждой фракции, в знаменателе - их среднеарифметические значения
Более ограниченное распространение получили на Ямале и Гыданском полуострове позднеплейстоцен-голоценовые синкриогенные аллювиальные и озерно-аллювиальные отложения. Они характеризуются литологическим однообразием, что обусловило близость их криогенного строения. Верхний горизонт надпойменных террас сложен, как правило, мелкими, тонкими песками с растительными остатками, нижний образуют мелкие пески с включениями гравия и гальки. На восточном продолжении плиты -Хатангском прогибе аллювиальные пески выделяются только в комплексе отложений поймы и 1-й надпойменной террасы. На прирусловых отмелях и намывных островах некоторых рек (р.Пясина и др.) в них отмечены небольшие захоронения вертикальных
ледяных жил
141
Мерзлые пески на севере Западной Сибири почти всегда содержат водорастворимые соли, что, в свою очередь, обуславливает развитие в разрезе охлажденных пород. Тип засоления - хлоридный. Наибольшим засолением характеризуются пески лайды и речных дельт, которые заливаются морем во время приливов и нагонов. В охлажденных песках содержание соли на порядок выше, чем в мерзлых. По мере удаления от берега моря количество солей в грунтах заметно сокращается. Например, на Ямале на участке Бованенково-Юрибей в прибрежно-морских песках оно составляет первые проценты, а в озерно-аллювиальных отложениях их практически нет [61.
Южнее полярного круга синкриогенные песчаные грунты в Западной Сибири приурочены к речным поймам, причем преобладают среди них а ллювиальные пески позднеголоценового возраста, которые часто представлены заторфованными разностями.
Сибирская платформа
На севере Восточной Сибири (севернее 653 с.ш.) вследствие сурового континентального климата и низких отрицательных температур пород рыхлые четвертичные отложения
промерзали и промерзают преимущественно сингенетически. В пределах 62-65о с.ш. в период голоценового оптимума часть сингенетических толщ протаяла и заместилась эпикриогенными грунтами. А на юге в это время протаяли все плейстоценовые синкриогенные толщи, хотя следы их существования обнаружены в разрезах второй,
третьей, четвертой и пятой террас Ангары, Лены (в верхнем течении) и их притоков [41.
Что касается синкриогенных песков, то их распространение на территории Сибирской платформы имеет ограниченный характер. Это объясняется тем, что здесь вообще четвертичные пески развиты значительно меньше, чем на других платформах. В северных районах к категории синкриогенных относятся средне-верхнеплейстоценовые
песчаные грунты озерно-аллювиального, озерно-ледникового и водно-ледникового генезиса, а также верхнеплейстоцен-голоценовые аллювиального, аллювиально-морского и эолового генезиса.
Озерно-ледниковые, озерно-аллювиальные и флювиогляциальные пески развиты преимущественно в пределах котловин и речных долин. Флювиогляциальные пески мощностью до 40 м преимущественно крупно- и среднезернистые, косослоистые, с включениями гальки и валунов (иногда до 50 %). Озерно-ледниковые и озерно-аллювиальные пески более дисперсные - мелкие и пылеватые с прослоями глины или торфа.
Среднеплейстоценовые аллювиальные пески выделяются на севере в долинах наиболее крупных рек, где они участвуют в строении 11-ой и более высоких террас и имеют мощность от 3 до 10 м. Древнюю палеодолину р. Лены вдоль р. Кютингде заполняют пески и галечники мощностью 20-25 м. Пески русловой фации грубозернистые, пойменные традиционно более тонкие - мелкие и пылеватые. Голоценовые аллювиальные пески залегают на первой террасе и пойме всех рек, представлены мелкими и пылеватыми разностями ИШ.
В центральной части платформы основные площади развития синкриогенных песков сосредоточены в центральной Якутии, в долинах крупных рек - Лены, Вилюя, Алдана, Амги. Пески аллювиального и озерно-аллювиального генезиса от нижнеплейстоценовых д о современных участвуют в строении надпойменных террас и поймы. Озерно-аллювиальные отложения в пределах Нижне-Алданской впадины залегают также и на водораздельных пространствах. Пески этого комплекса представлены большим набором гранулометрических разностей - от пылеватых до крупнозернистых. В разрезах террас неоднократно обнаруживали повторно-жильные льды и первично-грунтовые песчаные жилы, свидетельствующие о сингенетическом промерзании. Например, они описаны в песках в средней части известного разреза Мамонтовой горы (50-метровая терраса Алдана) [4].
В пределах террас пески могут залегать в верхней или нижней частях разреза, чередоваться с глинистыми отложениями или слагать практически всю толщу аллювия. В некоторых случаях их перекрывают сильнольдистые отложения так называемого «ледового комплекса», а иногда - эоловые образования.
Наиболее широко синкриогенные пески развиты в разрезах средних террас (бестяхская, тюнгюлюнская, абалахская, маганская), где они преобладают и представлены преимущественно среднезернистыми и мелкими разностями. Пески в нижних горизонтах более грубые - в гранулометрическом составе преобладают фракции более 0,1 мм, средний диаметр частиц составляет 0,25 мм. Вверх по разрезу они становятся более тонкими - преобладают фракции менее 0,1 мм, средний диаметр частиц равен 0,08 мм
В аллювии высоких и низких террас наряду с песками широко представлены глинистые отложения. В разрезах низких (14-28 м над урезом) террас и поймы мощностью до 25 м встречаются пески от гравелистых до пылеватых. В отложениях низких террас больше, чем на средних, развиты повторно-жильные льды, их мощность доходит до 3 м.
В южной части Сибирской платформы, которая относится к зоне совместного распространения многолетнемерзлых и талых пород, острова мерзлоты приурочены, главным образом, к массивам глинистых пород. Чаще всего они выделяются в долинах
рек на затененных или заторфованных участках. Песчаные грунты, и без того развитые здесь ограниченно (в основном только в речных долинах), находятся чаще всего в талом с о с то я нии.
Яно-Колымская плита
Яно-Колымская платформа (плита) с прилегающими арктическими островами считается самым обширным на Земле регионом распространения синкриогенных отложений. Их возраст начинается здесь со среднего плейстоцена, хотя имеются основания предполагать, что есть и более древний Однако собственно песчаных толщ среди этих грунтов не так уж много. В основном они встречаются на севере в составе средне-и верхнеплейстоценовых озерно-аллювиальных отложений или в голоценовом аллювии речных долин. В верхних частях разрезов террас и поймы обычно залегает преимущественно глинистый аллювий пойменной фации. Он подстилается отложениями русловой фации, в состав которой и входят пески разной крупности. Но синкриогенной считается только самая верхняя часть песчаной пачки, ниже залегают пески
эпикриогенные
Прослои и линзы песков встречаются в разрезах широко развитых в данном регионе синкриогенных едомных толщ (другие названия - ледовый комплекс и лессово-ледовый комплекс), но преобладают в них более тонкие, пылеватые отложения (поэтому и появилось в названии слово лессовый). По поводу возраста и генезиса этих толщ у специалистов нет единого мнения. Их трактуют как образования аллювиальные, озерные, озерно-аллювиальные, болотные, эоловые и др.
Горно-складчатые сооружения Сибири и Дальнего Востока
В пределах горно-складчатых сооружений России песчаные грунты развиты ограниченно, преимущественно во впадинах. Только часть от этого небольшого количества приходится на криолитозону и еще меньшая часть - на синкриогенные разности песков. Они встречаются в пределах впадин, чаще в составе аллювиальных отложений. При этом, если на платформенных реках пески обычно содержатся в русловой фации аллювия, то на горных - в пойменной. В русловой там преобладает грубообломочный материал, а песок обычно входит только в состав заполнителя.
Синкриогенные пески выделяются преимущественно в тех горно-складчатых сооружениях (или их частях), которые попадают в зону сплошного распространения многолетнемерзлых пород - Верхояно-Чукотский ороген, север Забайкальского, север Байкальского рифтогена. В Верхояно-Чукотском орогене в понижениях и речных долинах они встречаются в составе водно-ледниковых и озерно-аллювиальных верхнеплейстоценовых (реже нижне- и среднеплейстоценовых )и аллювиальных верхнеплейстоцен-голоценовых отложений. В пределах Байкало-Патомского сооружения описаны синкриогенные разнозернистые пески, которые участвуют в строении поймы и 1-й надпойменной террасы, входят в пойменную фацию аллювия, часто бывают оторфованы и имеют линзовидно-слоистую криотекстуру.
В северных впадинах Байкальского рифтогена - Муйской, Чарской, Ципинской -выделяются пески водно-ледникового, озерно-аллювиального, аллювиального и эолового генезиса. Их часто объединяют и картируют как единый комплекс полигенетических песков позднеплейстоцен-голоценового возраста. Собственно синкриогенной считается только верхняя часть этих отложений.
Особый интерес представляют эоловые пески, залегающие на высоких террасах и низких
водоразделах. Местами они закреплены растительностью, а иногда образуют обширные перевеваемые массивы - «мини-пустыни» с барханами и дюнами. В первом случае пески мерзлые, а во втором под ними развиты талики. Например, в центре Чарской впадины находится огромный массив перевеваемых песков - урочище Пески площадью около 40
км2. На вершине одной из дюн здесь была пробурена скважина глубиной 30 м, которая мерзлоту не вскрыла - прошла через талые пески до уровня подземных вод. Формирование талика под обнаженными песками связывают с высокодебитной разгрузкой артезианских вод и с тем, что мерзлые пески протаивают до глубины 10-11 м, а промерзают до 6-7 м, т.е. идет деградация мерзлоты. Урочище окружено многолетнемерзлыми закрепленными боровыми песками с температурой -2°С на глубине нулевых годовых колебаний, а на соседних марях она составляет уже -3^-4°С. Глубина
сезонного оттаивания на боровых песках не более 2,3-2,5 м [71. Аналогичные эоловые пески выделяются и в более южных впадинах Байкальского рифтогена и Забайкальского орогена, но там они трактуются как образования эпикриогенные. В Чарской впадине встречены голоценовые синкриогенные песчаные породы, содержащие мощные
повторно-жильные льды [171.
В переделах Алтае-Саянской горной системы, расположенной на самом юге Сибири, мерзлые пески развиты ограниченно, только в верхнем высотном поясе. Тем не менее, в верховьях Енисея, на западе Тоджинской впадины, в уникальной обстановке прерывистой седиментации была накоплена синкриогенная толща голоценовых осадков, которая описана в разрезе 20-метровой террасы в урочище Мерзлый Яр. В составе этой толщи, пронизанной несколькими ярусами повторно-жильных льдов, преобладают
пылеватые супеси, но выделяются и прослои песков [1, 21. В других впадинах Алтае-Саянского орогена пески находятся, в основном, в талом состоянии или относятся к категории эпикриогенных.
Заключение
1. Синкриогенные пески установлены в приморских районах Тимано-Печорской плиты и Пай-Хоя; северной половине Ямальского, Гыданского и Тазовского полуостровов; севере Яно-Колымской платформы; севере и центре Сибирской платформы; Верхояно-Чукотском и Байкало-Патомском орогенах, верхнем поясе Алтае-Саянского орогена, Байкальском рифтогене, а также на арктических островах.
2 . Чаще всего синкриогенные пески встречаются в составе морских, аллювиально-морских и аллювиальных генетических комплексов четвертичных отложений, реже в озерно-аллювиальных, озерно- и водноледниковых, эоловых. В пределах Европейской части это образования позднеплейстоцен-голоценового возраста, на Западно-Сибирской и Яно-Колымской платформах - среднеплейстоцен-голоценового, Сибирской платформе -раннеплейстоцен-голоценового, в горных областях - верхнеплейстоцен-голоценового (реже более раннего).
3. Синкриогенные пески залегают в верхней части разреза, имеют мощность до 10-15 м, редко более, и часто подстилаются эпикриогенными разностями.
Библиография
1. Алексеев С.В., Аржанников С.Г., Васильчук Ю.К., Алексеева Л.П. Новые данные о строении и эволюции мёрзлых толщ западной части Тоджинской котловины (Республика Тыва) // Криосфера Земли. 2005. Том 9. № 3. С. 3-9.
2. Васильчук Ю.К., Алексеев С. В., Аржанников С. Г., Папеш В., Ранк Д., Васильчук
А.К. Первые изотопные данные голоценовых сингенетических повторно-жильных льдов Мерзлого Яра в верховьях Енисея // Доклады Российской Академии Наук. 2002. Том 383. №2. С. 251 - 255.
3. Васильчук Ю.К., Трофимов В.Т., Тумской В.Е. Синкриогенные породы как грунты / Инженерная геология России. T.I. Грунты России. М.: КДУ, 2011. С.386-397 с.
4. Геокриология СССР. Средняя Сибирь. М.: Недра, 1989. 414 с.
5. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток. М.: Недра, 1989. 515 с.
6. Дубиков Г.И., Иванова Н.В., Зыков Ю.Д., Червинская О.П., Красовский А.Г. Засоление прибрежных отложений и их коррозионная агрессивность // Криосфера Земли. 1999. Т. III. № 1. С. 43-51.
7. Еникеев Ф.И. Урочище Пески Чарской впадины (северное Забайкалье) // География и природные ресурсы, 2014, № 4. С. 73-80.
8. Иванова Н.В., Ривкин Ф.М., Власова Ю.В. Строение и закономерности формирования криогенной толщи на побережье Печорского моря //Криосфера Земли, 2008, т. XII, № 2. С. 19-24.
9. Инженерная геология СССР. Т.2. Западная Сибирь. М.: Изд-во МГУ, 1976. 495 с.
10. Инженерная геология СССР. Т.3. Восточная Сибирь. М.: Изд-во МГУ, 1977. 660 с.
11. Оберман Н.Г. Мерзлые породы и криогенные процессы восточноевропейского сектора Арктики // Почвоведение. 1998. № 5. С.540-551.
12. Платов Н.А. Краткий обзор о распространении и некоторых физико-химических свойствах песчаных пород Европейской части СССР // Жизнь Земли, 1973, вып. 9, с. 129-135.
13. Потапов А.Д., Платов Н.А., Лебедева М.Д. Песчаные грунты. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009. 256 с.
14. Фадеев П.И. Пески СССР, ч. 1. М.: Изд-во МГУ, 1951. 290 с.
15. Карта четвертичных образований территории Российской Федерации масштаба 1:2 500 000, 2013. Санкт-Петербург. URL: http://www.vsegei.ru/ru/info/quaternary-2500/ (Даты обращения: январь - декабрь 2016, 2017)
16. Листы Государственной геологической карты (Карты четвертичных отложений) масштаба 1:1000 000 2-го и 3-го поколений URL:
http://webmapget.vsegei.ru/index.html (Даты обращения: январь - декабрь 2016, 2017)
17. Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A. C., Stanilovskaya Ju.V. Early Holocene climate signals from stable isotope composition of ice wedge in the Chara Basin, Northern Transbaikalia, Russia // Geoscience Frontiers. 2018. Vol. 9. Iss. 2. P. 471-483. doi.org 10.1016/j.gsf.2017.04.008
