CC BY
39
УДК 624.131.1; 624.9 (571.121) В.Т. Трофимов, Н.С. Красилова
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ТОЛЩ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
Составлена схема пространственного распределения грунтовых толщ на территории России. В качестве классификационных признаков использованы особенности состава и строения грунтов в разрезе толщи, характер состояния грунтовых толщ, обусловленный фазовым состоянием воды в них, среднегодовой температурой и степенью увлажненности для талых и немерзлых пород и степенью льдистости для многолетнемерзлых. Показано многообразие выделенных грунтовых толщ как по генезису, так и по особенностям строения, состава и состояния. Рассмотрены закономерности их распространения.
Введение. Термин "фунтовая толща", введенный в литературу М.М. Филатовым [Филатов, 1936], достаточно широко используется в инженерно-геологической литературе. В большинстве случаев он употреблялся как термин свободного пользования для наименования любой совокупности горных пород, характеризуемой в инженерно-геологическом отношении. В 70—80-х гг. прошлого века в связи с составлением карт грунтовых толщ в этот термин стали вкладывать более четкое содержание. Так, В.Т. Трофимов и П.И. Фадеев [Трофимов, Фадеев, 1982] предложили при составлении подобной карты на территорию Нечерноземья под грунтовой толщей понимать толщу горных пород и почв, слагающую верхнюю 10-метро-вую1 часть разреза различных геоморфологических элементов и находящуюся (или в большинстве случаев могущую попасть в ее пределы в процессе освоения) в зоне активного воздействия сооружений массовых видов строительства (гражданского, дорожного, сельскохозяйственного, мелиоративного). Грунтовым толщам, слагающим любую территорию, принадлежит ведущая роль в определении ее инженерно-геологических особенностей, поскольку они служат основанием, средой или материалом для инженерных сооружений, а также во многом определяют особенности рельефа, гидрогеологических и мерзлотных условий, характер развития экзогенных геологических процессов и явлений.
Региональное изучение фунтовых толщ началось в 60-е гг. в Мещерской низменности [Фадеев, 1963, 1969]. В начале 70-х гг. XX в. Е.М. Сергеевым, A.C. Герасимовой и В.Т. Трофимовым [Сергеев и др., 1975] была разработана легенда к карте фунтовых толщ Западно-Сибирской плиты и издана карта в масштабе 1:1 500 000. Позже изучение фунтовых толщ Западно-Сибирской плиты активно проводилось сотрудниками Тюменской экспедиции кафедры инженерной и экологической геологии под руководством В.Т. Трофимова. Была составлена и опубликована [Трофимов, 1977; Грунтовые толщи..., 1988] серия схем распространения фунтовых толщ различ-
ного строения, литологического состава, степени увлажненности—льдистости И Т.Д.
Систематическое региональное изучение фунтовых толщ европейской части России проводилось с 1982 по 1986 г., в результате коллективом авторов Московского государственного университета и производственного геологического объединения "Гидро-спецгеология" составлена и издана карта фунтовых толщ Нечерноземной зоны РСФСР масштаба 1:1 500 000 [Карта..., 1983] по легенде, разработанной В.Т. Трофимовым и П.И. Фадеевым [Трофимов, Фадеев, 1982а]. Грунтовые толщи Сибирской платформы, Забайкалья и Дальнего Востока изучены очень слабо.
Признаки подразделения грунтовых толщ на территории России
Грунтовые толщи на территории России существенно различаются как по генезису, так и по особенностям строения, состава, состояния и свойств. Для выявления пространственных закономерностей их распространения на территории России авторами составлена схема (рисунок), на которой в соответствии с систематикой фунтовых толщ, разработанной В.Т. Трофимовым и П.И. Фадеевым [Трофимов, Фадеев, 1982, 1982а], при выделении фунтовых толщ в качестве классификационных признаков использованы особенности состава и строения фунтов в разрезе толщи, а также характер состояния фунтовых толщ, обусловленный фазовым состоянием воды в них, среднегодовой температурой и степенью увлажненности для талых и немерзлых пород или степенью льдистости для многолетнемерзлых пород. Граничные значения каждого признака приняты в соответствии с [Трофимов, 1977]. На схеме распространения фунтовых толщ на территории России в качестве фунтовой толщи принята толща горных пород, слагающая верхнюю 10-метровую часть разреза различных геоморфологических элементов.
1 Мощность толщи задается исследователем в каждом конкретном случае исходя из целей исследования.
ON
\>--vjvill|..-—--J IX ^■•"•^X
Схема пространственного распределения грунтовых толщ на территории России. (Составили Н.С. Красилова, В.Т. Трофимов с использованием Карты стратиграфо-генетических комплексов и инженерно-геологических групп пород масштаба 1:7 500 ООО |Атлас..., 19831; Схемы грунтовых толщ Западно-Сибирской плиты В.Т. Трофимова, Л.Т. Дацко ¡Трофимов, 1977|; Карты грунтовых толщ Нечерноземной зоны РСФСР |Карты..., 1980|; Геокриологической карты СССР [Геокриологическая..., 19961 и Геотемпературной карты
СССР | Геотемпературная..., 19881.
1. Распределение грунтовых толщ, обособленных по л отологическому составу: 1 — преимущественно скальные грунтовые толщи с крупнообломочными отложениями в прорезающих их долинах рек, с маломощным чехлом элювиально-делювиальных отложений на выположенных водоразделах и склонах, состав которых зависит от характера подстилающих пород; 2 — преимущественно глинистые грунтовые толщи; 3 — преимущественно лёссовые грунтовые толщи; 4 — преимущественно песчаные грунтовые толщи, часто обогащенные обломочным материном; 5 — преимущественно глинистые толщи, обогащенные (до 50—70%) обломочным материном; 6 — преимущественно глинистые толщи с лёссовым слоем в верхней части разреза; 7 — преимущественно песчано-глинистые толщи с преобладанием глинистых в верхней части; 8 — преимущественно песчано-глинистые толщи с преобладанием песчаных в верхней части; 9 — преимущественно торфяные толщи, подстилаемые грунтами разного состава; 10 — преимущественно глинистые толщи, подстилаемые скальными; 11 — преимущественно песчаные толщи, подстилаемые скальными.
II. Распределение фунтовых толщ с различным состоянием по преобладающим среднегодовым температурам: а—в — немерзлых и талых толщ (а — выше 3°С; б — —(l-s-З) "С; в — —((Ы)°С; к—м — многолетне мерзлых пород (к — —((Ы)°С; л — —(l-s-З) "С ; м — ниже —3°С ). По степени увлажненности или льдистости: 1—111 — немерзлые и талые породы (1 — слабоуатажненные; 11 — увлажненные; 111 — сильноуатажненные); IV—VII — многолетнемерзлые породы (IV — слабольдистые и льдистые; V — сильнольдистые; VI — льдистые и уатажненные; VII — сильноуатажненные, льдистые и сильнольдистые).
III. Прочие обозначения: VIII — границы распространения грунтовых толщ, обособленных по литологическому составу; IX — границы распространения грунтовых толщ с различными среднегодовыми температурами; X — границы распространения грунтовых толщ с различной степенью уатажненности или льдистости (при несовпадении их
с предыдущими границами)
со m О н X
о
о *
X р
о
m
"V
m О
О
П
S г®
KJ
о о
со
£
Грунтовые толщи, обособленные по литологическому составу
Из всех существующих на территории России грунтовых толщ, обособленных по литологическому составу, на схеме, учитывая возможности ее масштаба, показаны 11 типов наиболее представительных по площади развития. На схеме территория развития каждого типа грунтовой толщи, обособленного по литологическому составу, обозначена соответствующим номером.
1. Преимущественно скальные грунтовые толщи занимают огромные пространства Восточной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока, где они залегают практически с поверхности. Это толщи сложного строения с крупнообломочными отложениями в прорезающих их долинах рек, с маломощным чехлом (а на локальных участках с достаточно мощным) элювиально-делювиальных отложений на выположенных водоразделах и склонах, состав которых зависит от характера подстилающих пород. На картах крупного масштаба они, конечно, будут выделены в самостоятельные грунтовые толщи. Но на схеме отражена масштабность развития скальных грунтовых толщ в этих районах. На европейской части России скальные фунтовые толщи имеют офаниченное распространение.
2. Преимущественно глинистые грунтовые толщи1 широко развиты на севере и северо-западе европейской части России, где они сложены ледниковыми, ледниково-морскими, аллювиально-морскими, озерными и озерно-ледниковыми образованиями. В Архангельской области глинистые фунтовые толщи сложены уплотненными валунными суглинками, супесями, реже глинами. Это преимущественно московская морена, часто перекрытая покровными суглинками. В Ленинфадской области глинистые фунтовые толщи сложены озерно-ледниковыми отложениями, представленными ленточными глинами, образующими плоские низменные равнины. Широко развиты преимущественно глинистые фунтовые толщи в пределах Западно-Сибирской низменности в междуречье Тобола, Ишима, Иртыша, Оби и Енисея, где они представлены озерно-аллювиальными отложениями суглинистого и глинистого состава от сред-нечетвертичного до позднеплиоцен-раннечетвертич-ного, реже палеоцен-плиоценового возраста. В Урало-Тобольском регионе глинистые фунтовые толщи представлены неогеновыми глинами (акча-гыльскими, апшеронскими), часто перекрытыми покровными глинистыми образованиями.
3. Преимущественно лёссовые грунтовые толщи широко развиты на юге европейской части России в пределах Ставропольской и Ергенинской возвышенностей, где они представлены типичными разностями просадочных лёссов мощностью более 10 м. Встречаются они также на юге Западной Сибири в верховьях р. Обь, на севере и северо-востоке Алтайского края.
4. Преимущественно песчаные грунтовые толщи широко распространены в европейской части России в бассейне верхней Волги, в верховьях Камы, где они
представлены долинно-зандровыми флювиогляци-альными отложениями, образующими обширные песчаные равнины. Широкое развитие преимущественно песчаные фунтовые толщи имеют в Западной Сибири в районе Сибирских увалов, где представлены водно-ледниковыми образованиями среднечет-вертичного возраста, слагающими обширные междуречные равнины.
На севере Восточной Сибири преимущественно песчаные фунтовые толщи развиты локально, участвуют в сложных разрезах в котловинах, речных долинах, местами перекрывают междуречья. В Забайкалье этот тип фунтовых толщ развит в пределах впадин байкальского типа, на юге Дальнего Востока — наиболее широко распространен в пределах Амуро-Зейс-кой депрессии, где сложен аллювиальными и озер-но-аллювиальными отложениями плиоцен-ранне-плейстоценового возраста.
5. Преимущественно глинистые грунтовые толщи, обогащенные (до 50—70%) обломочным материалом, широко распространены в предгорных областях, где представлены отложениями пролювиального, пролю-виально-делювиального и элювиально-делювиального генезиса. На схеме (рисунок) они выделены в предгорьях в Приуралье, Зауралье, Предкавказье, на северо-восточных склонах Восточного Саяна и др.
6. Преимущественно глинистые грунтовые толщи с лёссовым слоем в верхней части развиты в основном на юге европейской части России, где представлены различными генетическими типами глинистых пород, облёссованными в верхней части разреза. В пределах Окско-Донской равнины этот тип фунтовых толщ сложен фубыми красно-бурыми суглинками днепровской морены, перекрытыми покровными лёссовидными суглинками. В районе Общего Сырта и низкого Заволжья он представлен нижнехвалынскими верхнеплейстоценовыми глинистыми породами, облёссованными и часто просадочными в верхней части разреза.
В Западной Сибири преимущественно глинистые фунтовые толщи с лёссовым слоем в верхней части развиты на самом юге, в Приказахстанской области, в южной части Кулундинской впадины. Это озерно-аллювиальные средне-, верхнечетвертичные суглинки, местами загипсованные, перекрытые субаэраль-ным комплексом верхнечетвертичных лёссовидных суглинков мощностью в среднем 3—6 м, как правило, просадочных.
7. Преимущественно песчано-глинистые грунтовые толщи с преобладанием глинистых в верхней части встречаются на севере европейской части России, где сложены переслаивающимися глинистыми и песчаными отложениями с преобладанием глинистых в верхней части, представленными озерно-ледниковы-ми, озерно-аллювиальными и аллювиальными плейстоценовыми отложениями. В районе Северных увалов фунтовые толщи этого типа сложены покровными суглинками разного генезиса, которые подстила-
2 Здесь и далее указанные породы составляют более 51% разреза толщи.
ются флювиогляциальными отложениями, под последними залегают ледниковые глинистые образования.
Наиболее широко грунтовые толщи этого типа развиты на территории Западно-Сибирской плиты от северных островных и полуостровных территорий до самых южных ее окраин. Во многих районах юга региона верхняя часть грунтовой толщи сложена покровными суглинками разного генезиса мощностью от 1 до 5 м, которые подстилаются озерно-аллюви-альными, реже аллювиальными отложениями песча-но-глинистого состава.
На территории Восточной Сибири грунтовые толщи этого типа развиты на самом севере, где они сложены озерно-аллювиальными отложениями сред-не-позднеплейстоценового возраста. Прослеживаются они также от устья Лены и далее на юг, включая нижнюю часть долин Алдана и Вилюя, где они представлены в верхней части разреза покровными отложениями глинистого состава мощностью от 1,5 до 6 м, а нижняя часть сложена песчано-глинистыми аллювиальными и озерно-аллювиальными плейстоценовыми отложениями.
8. Преимущественно песчано-глинистые грунтовые толщи с преобладанием песчаных отложений в верхней части относительно широко развиты в южной половине Нечерноземной зоны России. Они представлены отложениями крупных приледниковых озер, слагают обширные равнины, сформированные в низинах у края ледника и сложенные песками, супесями, суглинками и глинами (нередко ленточными), которые имеют постепенные переходы как по простиранию, так и по разрезу и перекрыты с поверхности флювиогляциальными песками.
Широко распространен этот тип грунтовой толщи на территории Западно-Сибирской низменности, где часто представлен переслаивающимися песчаными и глинистыми отложениями с преобладанием песчаных в верхней части толщи. На севере, в районе п-овов Ямал и Гыданский, этот тип грунтовой толщи развит в пределах территорий, занятых казан-цевской и салехардской морскими равнинами. К югу от Полярного круга он сложен отложениями аллювиального и озерно-аллювиального генезиса, в меньшей степени ледниковыми и флювиогляциальными. В долинах рек Надым, Пур и Таз разрез рассматриваемой грунтовой толщи выполнен верхнечетвертичными озерно-аллювиальными отложениями, слагающими террасы и равнины.
9. Грунтовые толщи торфяные, подстилаемые разными грунтами, широко развиты в северных районах европейской части России, где они подстилаются глинистыми грунтами, преимущественно ледниковыми валунсодержащими суглинками, реже ледово-морскими и озерно-ледниковыми отложениями. Мощность торфа в среднем 1,5—4 м. Грунтовые толщи торфяные, подстилаются песчаными отложениями, в европейской части России развиты в основном в южной половине Нечерноземной зоны, где подстилаются флювиогляциальными, реже аллювиальными песками. Грунтовые толщи этого типа занимают большие площади в пределах Западно-Сибир-
ской низменности. Особенно широко этот тип грунтовых толщ развит на верхнечетвертичных и средне-четвертичных озерно-аллювиальных равнинах территорий Васюганья, Обь-Иртышского междуречья и междуречий Оби, Концы и др.
10. Преимущественно глинистые, подстилаемые скальными, грунтовые толщи развиты на локальных участках, которые довольно широко представлены на европейской части России. На Тимане, Урале и в Приуралье верхняя часть подобных фунтовых толщ представлена ледниковыми отложениями, заполняющими понижения в рельефе, и элювиально-делювиальными четвертичными отложениями, покрывающими склоны и водоразделы.
В Восточной Сибири этот тип грунтовой толщи развит достаточно широко, но в масштабе схемы он выделен только по левобережью Лены на Оленек-Ви-люйском междуречье, где глинистая часть грунтовой толщи представлена озерно-ледниковыми плейстоценовыми отложениями, подстилаемыми терригенно-карбонатными отложениями кембрия или терриген-ными отложениями юры.
11. Преимущественно песчаные, подстилаемые скальными, грунтовые толщи широко развиты главным образом на северо-западе европейской части России на Кольском п-ове, в Карелии, где представлены флювиогляциальными песчаными отложениями, слагающими флювиогляциальные равнины, долинные зандры, на отдельных участках — радиальные озы. Подстилаются песчаные отложения преимущественно метаморфическими и интрузивными породами.
Особенности распространения грунтовых толщ, состояние которых обусловлено фазовым состоянием воды, находящейся в них
Современное состояние грунтовых толщ определяется прежде всего их пространственным (широтным и высотным) положением, контролирующим характер тепло- и влагообеспеченности и их соотношение между собой. Значительная протяженность территории России с севера на юг и с запада на восток, нарастание континентальное™ климата в северо-восточном направлении обусловили существенную неоднородность влаго- и теплообеспеченности грунтовых толщ. По особенностям современного состояния выделяются грунтовые толщи немерзлые и талые и грунтовые толщи мерзлые, с различными среднегодовыми температурами, с разной степенью увлажненности и льдистости. На схеме (рисунок) площади развития талых и немерзлых грунтовых толщ обособлены однорядной штриховкой, а территории присутствия мерзлых грунтовых толщ — двухрядной.
Многолетнемерзлые фунтовые толщи широко развиты на севере России, протягиваются постепенно расширяющейся полосой с запада на восток. В северной части этой полосы они имеют сплошное и преимущественно сплошное развитие (Северная геокриологическая зона), в южной — прерывистое, массивно-островное и островное (Южная геокриологическая зона). Характер изменения их распределения по площади подчиняется широтной зональности. Услов-
ная южная граница распространения многолетнемер-злых фунтовых толщ проходит по южным островам мерзлых фунтовых толщ. На европейской части России многолетнемерзлые фунтовые толщи развиты на Кольском п-ове, в пределах Малоземелье кой и Боль-шеземельской тундры, на Полярном, Приполярном и Северном Урале. В Западной Сибири они прослеживаются от северных фаниц до широтного отрезка долины р. Обь, затем долины р. Вах. К востоку от Енисея мерзлые фунтовые толщи занимают обширные пространства Восточной Сибири, Дальнего Востока и Забайкалья, прослеживаются до южных фаниц России с Китаем и Монголией. К западу от Байкала многолетнемерзлые фунтовые толщи распространены в пределах Западного и Восточного Саяна, Алтая.
В Южной геокриологической зоне сплошность развития многолетнемерзлых фунтовых толщ нарушается на севере сначала отдельными таликами, которые развиваются на участках, менее благоприятных для многолетнего промерзания пород (на отрицательных формах рельефа, на заболоченных и заозеренных депрессиях, при преобладании в разрезе песчаных пород, при близком залегании трещиноватых и за-карстованных коренных пород и т.п.). К югу площадь талых пород постепенно увеличивается, характер распределения мерзлых фунтовых толщ становится прерывистым, затем массивно-островным и островным. Северная фаница совместного распространения многолетнемерзлых и талых пород (последние можно назвать сезонно-мерзлыми) в европейской части России и в Западной Сибири проходит примерно по широте Полярного круга, в Восточной Сибири она местами спускается до 60—62°с.ш., на Дальнем Востоке проходит еще южнее, примерно по широте Станового хребта. Зона несплошного распространения мерзлых фунтовых толщ прослеживается также на Камчатке и на побережье Охотского моря из-за большого отепляющего влияния Тихого океана, обусловливающего на восточном побережье России типично морской климат с многоснежными зимами.
Талые и немерзлые фунтовые толщи, которые на территории России почти повсеместно можно отнести к сезонно-мерзлым, наиболее широко распространены на европейской части. Это связано с преимущественно равнинным характером поверхности и довольно высокой теплообеспеченностью. Далее на восток, на территории Западно-Сибирской низменности, площадь сплошного развития талых и немерзлых пород существенно сокращается. Они развиты только в южной ее половине, примерно южнее широтного отрезка долины р. Обь. В Восточной Сибири сплошное развитие талых фунтовых толщ прослеживается только в юго-западной части на междуречных пространствах Приангарского плато и в низовьях Ангары, на Дальнем Востоке они развиты в Приморском крае, на юге Сахалина, на Курильских о-вах и на юго-востоке Камчатки.
Особенности распространения грунтовых толщ с разной среднегодовой температурой
Под среднегодовой температурой понимается температура пород на подошве слоя ее годовых колебаний за определенный период наблюдений. Формирование среднегодовых температур фунтовых толщ определяется структурой радиационно-теплового баланса поверхности, тепловым влиянием наземных покровов (снег, растительность, вода), теплоприто-ком из недр Земли, а также тепломассопереносом в фунтовой толще. В свою очередь характер изменения многих из этих факторов тесно связан с широтной зональностью и высотной поясностью, которые в со-совокупности и обусловливают закономерности распределения среднегодовых температур в фунтовых толщах на территории России.
Среди фунтовых толщ немерзлых и талых на схеме пространственного распределения фунтовых толщ обособлены три температурные фадации фунтовых толщ, обозначенные соответствующим буквенным индексом, добавленным к номеру массива: а — со среднегодовыми температурами более 3°С; б — от 1 до 3°С; в — от 0 до 1°С. Среди многолетнемерзлых фунтовых толщ выделены также три фадации со среднегодовыми температурами: к — от 0 до —1°С; л — от —1 до —3°С; м — ниже —3°. При этом отметим, что масштаб схемы позволяет показать лишь общие закономерности распределения среднегодовых температур в зависимости от региональных тенденций изменения мерзлотообразующих факторов. Поэтому отраженные на схеме диапазоны изменения среднегодовых температур для каждой фунтовой толщи являются лишь фоновыми, наиболее типичными, доминирующими на площади развития конкретной фунтовой толщи или ее части. На самом деле реальная картина изменения среднегодовых температур часто бывает очень пестрой, поэтому ее нельзя отразить в масштабе схемы. Особенно это касается горных районов, где на широтную зональность накладывается высотная поясность (понижение температуры с ростом высоты рельефа), резко проявляется отепляющее влияние речных долин и местных факторов, таких, как мощность снежного покрова, растительный покров, заболоченность и дренированность поверхности, расчлененность рельефа, высота, крутизна и экспозиция при наклонной поверхности фунтовой толщи.
Для более объективного отражения реальной картины изменения температурного режима некоторые из выбранных фадаций среднегодовых температур для фунтовых толщ были объединены. На схеме распространения фунтовых толщ (рисунок) это выразилось в сдвоенном буквенном индексе (например, 1мл, 1кл и т.д.) около номера многолетнемерзлой фунтовой толщи, обособленной по литологическому составу. Для фунтовых толщ, расположенных в зоне несплошного развития многолетнемерзлых пород, где среднегодовые температуры мерзлых пород часто изменяются в интервале от 0 до —2 °С или от —1 до 5°С, и в то же время талые породы имеют положительные температуры, среднегодовые температуры фунтовых
толщ на схеме обозначены утроенным буквенным индексом (например, 1вкл и т.п.). Учитывая сложные пространственные взаимодействия талых и мерзлых пород и постепенную смену границ между температурными зонами, их следует считать проведенными на схеме приближенно.
Почти вся территория европейской части России занята грунтовыми толщами с положительными среднегодовыми температурами, среди которых существенно преобладают температуры выше +3°С. Грунтовые толщи с наиболее низкими положительными среднегодовыми температурами 1— 0°С (в) примыкают к зоне развития многолетнемерзлых грунтовых толщ. Самые низкотемпературные многолетнемер-злые грунтовые толщи со среднегодовой температурой ниже —3°С (м) распространены на северо-востоке европейской части России (рисунок) на Полярном Урале и на п-ове Пай-Хой.
В пределах Западной Сибири среднегодовые температуры грунтовых толщ закономерно изменяются от +(5+6) в южных районах до —(8+9)°С на крайнем севере. Характерные особенности этого региона — равнинная поверхность и ярко выраженная широтная зональность изменения состояния и температурного режима фунтовых толщ, которая определяется современной тепло- и влагообеспеченностью и их соотношением между собой. Последняя четко проявляется в трех широтно ориентированных инженерно-геологических зонах. В Заполярной зоне среднегодовые температуры пород изменяются от — (8+10)°С в северной части до —(2+3)°С у ее южной фаницы, причем, как правило, они ниже —3°С (м). В Северной зоне совместного распространения многолетнемерзлых и талых пород между Полярным кругом и широтным отрезком долины р. Обь среднегодовые температуры фунтовых толщ колеблются в среднем в пределах —(1+3)°С (л) в северных районах, а в южных — не опускаются обычно ниже — 1С° (к) [Геокриология СССР. Западная Сибирь, 1989]. В Южной инженерно-геологической зоне развития талых и немерзлых фунтовых толщ положительные среднегодовые температуры постепенно повышаются с севера на юг от + 1 до +3°С (б), а на самом юге Западно-Сибирской плиты не снижаются ниже +3°С (а).
На территории Сибирской платформы среднегодовые температуры фунтовых толщ колеблются в широких пределах — от +3 до — 15°С, изменяясь преимущественно в диапазоне отрицательных температур. Пространственно они распределяются в соответствии с современной зональностью и высотной поясностью поступления солнечной радиации и региональными ландшафтно-климатическими и фунтово-влажностными условиями и фуппируются в широт-но-вытянутые зоны. На севере Сибирской платформы в северной части зоны сплошного распространения многолетнемерзлых пород (примерно до долин рек Нижняя Тунгуска и Вилюй) преобладают много-летнемерзлые фунтовые толщи со среднегодовыми температурами ниже —3°С (1м). Южнее, примерно от 65 до 60° с.ш., преобладают более высокие отрицательные температуры — от —1 до —3°С (1л).
Южная зона, зона несплошного развития многолетнемерзлых пород, характеризуется большой неоднородностью природных условий, что обусловило большую изменчивость среднегодовых температур фунтовых толщ, которые отражены на схеме (рисунок) утроенным буквенным индексом (1вкл, 1бвк). В пределах этой зоны, обособленной на схеме сдвоенной горизонтальной штриховкой, выделяются три подзоны [Объяснительная записка..., 1991]: прерывистого, массивно-островного и редкоостровного распространения многолетнемерзлых пород (ММП) с изменением соответственно преобладающих среднегодовых температур фунтовых толщ в диапазоне от +0,5 до —2°С (вкл), от +1 до —1 (вк), от +2 до —0,5°С (бвк).
Офомная протяженность территории Дальнего Востока с севера на юг на 4 тыс. км привела к изменению среднегодовых температур фунтовых толщ в очень широком диапазоне: от +7 до — 15°С [Геокриологическая карта СССР, 1996]. Это связано с проявлением широтной зональности, высотной поясности, влиянием акваторий Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также центральной внутриконтиненталь-ной части Сибири. Максимальные значения среднегодовых температур (+7°С) скальных фунтовых толщ характерны для юга Приморского края (1а), а минимальные (до — 15°С) — на вершинах хр. Черского и на островах Северного Ледовитого океана (1м).
Грунтовые толщи севера Дальнего Востока, примерно до широты Станового хребта, находятся в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Температурный режим фунтовых толщ характеризуется здесь увеличением среднегодовых температур с севера на юг до — (1+3°С) (1 лм). Грунтовые толщи юга Дальнего Востока развиты преимущественно в зоне островного и прерывистого распространения многолетнемерзлых пород, захватывающей территорию от широты Станового хребта до Амура, северную половину Сихотэ-Алиня, север Сахалина, и имеют более высокие среднегодовые температуры от + 1 до —3 °С (1 вкл) из-за отепляющего влияния Тихого океана. Такие же температуры фунтовых толщ отмечаются и в приморских районах Охотского моря.
Особенности распространения грунтовых толщ разной степени увлажненности—льдистости
На схеме распределения фунтовых толщ среди талых фунтовых толщ по степени влажности выделены три категории: слабоувлажненные (I), увлажненные (II) и сильноувлажненные (III). К слабоувлаж-ненным отнесены скальные фунтовые толщи, преимущественно песчаные, со степенью влажности, равной или меньшей 0,5 (подземные воды в них залегают обычно ниже 5 м), преимущественно глинистые с весовой влажностью ниже влажности нижнего предела пластичности и твердой консистенцией. К сла-боувлажненным отнесена большая часть лёссовых фунтовых толщ. К увлажненным фунтовым толщам отнесены песчаные фунтовые толщи со степенью влажности 0,5—0,8 (подземные воды обычно залегают в них на глубине от 2 до 4 м); глинистые фунто-
вые толщи с влажностью, изменяющейся от нижнего до верхнего предела пластичности, и с пластичной консистенцией. К сильноувлажненным отнесены песчаные грунтовые толщи со степенью влажности более 0,8 (подземные воды в них залегают на глубине менее 2 м); глинистые грунтовые толщи, влажность которых выше влажности верхнего предела пластичности, с текучей или скрытотекучей консистенцией. К сильноувлажненным отнесены и все торфяные грунтовые толщи. Выделенные на схеме слабоувлаж-ненные, увлажненные и сильноувлажненные грунтовые толщи показаны однорядной штриховкой с правым, левым наклоном и вертикальной соответственно.
По степени льдистости на схеме выделены грунтовые толщи двух категорий: 1) слабольдистые и льдистые (IV) и 2) сильнольдистые (V), они показаны двухрядной вертикальной и наклонной штриховкой соответственно. Грунтовые толщи скальные показаны как слабольдистые и льдистые. К слабольдистым и льдистым отнесены также грунтовые толщи песчаные с объемной льдистостью, меньшей или равной 40% (суммарная весовая влажность обычно не превышает 25%), с поровой разновидостью льда-цемента, а также глинистые фунтовые толщи с объемной льдистостью до 40—50% за счет шлирового льда и льда-цемента (с суммарной весовой влажностью до верхнего предела пластичности). К сильнольдистым отнесены фунтовые толщи песчаные с объемной льдистостью больше 40%, содержащей шлиры льда (суммарная весовая влажность обычно превышает 25%), а также глинистые фунтовые толщи с объемной льдистостью больше 40—50% за счет шлирового льда и льда-цемента (при протаивании они приобретают текучую консистенцию). К сильнольдистым отнесены и фунтовые толщи торфяные, а также фунтовые толщи любого состава, если они содержат повторно-жильные или пластовые льды.
В зоне несплошного (прерывистого, массивно-островного и редкоостровного) распространения ММП, где перемежаются многолетнемерзлые и немерзлые (талые) фунтовые толщи, степень увлажненности талых и степень льдистости мерзлых фунтовых толщ показана одним типом штриховки с подразделением на две категории: 1) увлажненные талые и льдистые мерзлые, преимущественно скальные фунтовые толщи, выделенные в основном в горных районах, обособлены на схеме сплошной сдвоенной горизонтальной штриховкой (VI); 2) сильноувлажненные талые и льдистые и сильнольдистые мерзлые, преимущественно дисперсные фунтовые толщи, характерные для равнинных, часто заболоченных территорий, показаны на схеме сдвоенной (сплошной и пунктирной) горизонтальной штриховкой (VII).
Слабоувлажненные фунтовые толщи широко распространены на юге европейской части России, они занимают почти половину ее площади в поле развития фунтовых толщ со среднегодовыми температурами более +3°С (а). Они приурочены к лёссовым фунтовым толщам или к глинистым и песчано-глинистым с лёссовой составляющей в верхней части. Сильноувлажненные фунтовые толщи преобладают среди фунтовых толщ со среднегодовой температу-
рой 0— 1 °С (в) (рисунок). Широкое развитие силь-ноувлажненных фунтовых толщ на севере европейской части России связано с очень неглубоким залеганием фунтовых вод, обилием выпадающих осадков, общей низменностью, нерасчлененностью и заболоченностью территории. В пределах поля развития многолетнемерзлых фунтовых толщ на севере европейской части России соотношение льдистых и сильнольдистых толщ довольно близкое. В целом для этого района криолитологи отмечают постепенное изменение криогенного строения и общего льдона-сыщения в толщах однородного состава и возраста с юга на север с увеличением толщины ледяных шлиров в тонкодисперсных породах, возрастанием общей льдистости. К высокольдистым фунтовым толщам часто относятся торфяные с массивной и порфиро-видной текстурой. В торфяниках, вмещающих ледяные жилы, льдистость увеличивается до 70% [Геокриология СССР, европейская территория СССР, 1988].
В пределах Западно-Сибирской плиты слабоувлажненные фунтовые толщи распространены на крайнем юго-востоке (Кулундинская равнина) и юго-западе (Тобол-Иртышское междуречье), где преобладают фунтовые толщи со среднегодовыми температурами более +3°С. Они приурочены, как правило, к лёссовым фунтовым толщам. Севернее широты Тобольска в центральной и восточной частях региона, прилегающих к долинам Оби (широтному отрезку), Ваха, Тыма, преобладают сильноувлажненные фунтовые толщи. Они развиты во всех типах фунтовых толщ с очень близким к поверхности залеганием фунтовых вод (менее 2 м), а также в фунтовых толщах с торфяной составляющей в верхней части разреза.
Соотношение льдистых и сильнольдистых фунтовых толщ на территории Западно-Сибирской плиты различно в пределах зон, выделенных по среднегодовым температурам пород. Сильнольдистые фунтовые толщи преобладают на севере региона в низкотемпературной зоне со среднегодовой температурой фунтовых толщ ниже —3°С. Южнее, в зоне совместного распространения многолетнемерзлых и талых фунтовых толщ, к югу от Полярного круга развиты льдистые и сильнольдистые мерзлые фунтовые толщи (на схеме не разделены), перемежающиеся с сильноувлажненными талыми толщами. При этом сильнольдистые фунтовые толщи преобладают в северной части зоны в поле развития фунтовых толщ с температурами —(1^3)°С на всех геоморфологических уровнях, где в составе отложений преобладают торфяные фунты, подстилаемые чаще глинистыми отложениями.
Подавляющая часть территории Сибирской платформы занята скальными мерзлыми фунтовыми толщами, которые можно отнести к льдистым и слабольдистым фунтам. Промерзали они эпигенетически. Криогенные текстуры являются в основном унаследованными и определяются составом пород, степенью их трещиноватости и выветрелости, степенью их обводненности до промерзания. Состав пород влияет на льдистость через их устойчивость к выветриванию. Максимальная величина льдистости установлена для карбонатных пород в карстовых полостях и составляет 10-30% [Геокриология СССР. Средняя Сибирь, 1989].
Грунтовые толщи преимущественно песчано-глинистые с преобладанием глинистых в верхней части на севере Сибирской платформы, промерзавшие сингенетически, отличаются сильной льдисто-стью, превышающей 0,3—0,6. Они характеризуются слоистыми, сетчатыми, массивными, базальными криотекстурами, системой повторно-жильных льдов и льдогрунтовых жил мощностью от 1—2 до 3—6 м.
На Дальнем Востоке все скальные грунтовые толщи промерзают эпигенетически, их объемная льдистость составляет около 1,5%. Она увеличивается в верхней части разреза местами до 3—5 и даже до 10% за счет повышенной трещиноватости из-за дезинтеграции при многократном промерзании и оттаивании пород в плейстоцене—голоцене. На севере трещины обычно заполнены льдом.
Преимущественно глинистые мерзлые грунтовые толщи, развитые в пределах Яно-Колымской низменности, представленные синкриогенными озерно-ал-лювиальными отложениями плейстоцена, отличаются высокой льдистостью как за счет шлирового сегрегационного льда, так и повторно-жильного и пластового льда. Характерны слоистые, сетчато-слоистые и поясковые криотекстуры. Повсеместно включены полигонально-жильные льды от самых незначительных до крупных (до 5 м по вертикальной протяженности, ширина по верху до 3,5—4 м). Макрольдис-тость колеблется от 1 до 5% [Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток, 1989].
Общая картина пространственного распределения грунтовых толщ на территории России
Общие закономерности распространения грунтовых толщ, отраженнные на схеме (рисунок), обуслов-
лены геолого-структурными условиями района и характером современной тепло- и влагообеспеченности грунтов. Первый фактор определяет картину пространственного распространения грунтовых толщ различного строения и состава. Его влияние проявляется в том, что на молодых платформах (плитах) типа Западно-Сибирской, Яно-Колымской и пр. грунтовые толщи представлены исключительно дисперсными породами (фунтами), а на древних активных платформах (Сибирская) преимущественное развитие имеют скальные фунтовые толщи, залегающие практически с поверхности, перекрытые различным по мощности чехлом элювиально-делювиальных отложений на выположенных водораздельных пространствах и склонах речных долин; дисперсные фунтовые толщи развиты лишь во впадинах. На щитах фунтовые толщи часто представлены дисперсными фунтами, подстилаемыми скальными. В пределах орогенов развиты, как правило, скальные фунтовые толщи.
Тепло- и влагообеспеченность и их соотношение, определяющие закономерности распространения фунтовых толщ различного состояния, подчиняются зональности. Горизонтальная (широтная) зональность четко проявляется в пределах платформ, в результате чего с севера на юг уменьшается площадь развития многолетнемерзлых фунтовых толщ, повышаются их среднегодовые температуры, уменьшается степень льдистости мерзлых фунтовых толщ и увлажненности талых фунтов. В горно-складчатых районах на горизонтальную зональность накладывается высотная, обусловливающая увеличение площади развития многолетнемерзлых фунтовых толщ и понижение их среднегодовых температур с высотой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атлас гидрогеологических и инженерно-геологических карт / Отв. редактор H.A. Соломатина. М.. 1983.
2. Геокриологическая карта СССР. Масштаб 1:2 500 000. МГУ им. М.В. Ломоносова. М.. 1996.
3. Геокриология СССР. Средняя Сибирь / Под ред. Э.Д. Ершова. М.: Недра, 1989.
4. Геокриология СССР. Европейская территория СССР / Под ред. Э.Д. Ершова. М.. 1988.
5. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / Под ред. Э.Д. Ершова. М.. 1989.
6. Геокриология СССР. Западная Сибирь / Под ред. Э.Д. Ершова. М.. 1989.
7. Геотемпературная карта СССР. Масштаб 1:2 500 000. М.. 1988.
8. Грунтовые толщи Западно-Сибирской плиты / Под ред. В.Т. Трофимова. М.. 1988.
9. Карта грунтовых толщ Нечерноземной зоны РСФСР масштаба 1:1 500 000 / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: ГУГК, 1983.
10. Объяснительная записка к геокриологической карте СССР масштаба 1:2 500 000. М.. 1991.
11. Сергеев Е.М., Герасимова A.C., Трофимов В.Т. и др. Карта инженерно-геологических условий и карта типов
грунтовых толщ Западно-Сибирской плиты масштаба 1:1 500 000 // Инженерно-геологические проблемы Западной Сибири. Тюмень, 1975. С. 23—30.
12. Трофимов В.Т. Закономерности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий ЗападноСибирской плиты. М., 1977.
13. Трофимов В. Т., Фадеев П.И. Систематика грунтовых толщ Нечерноземной зоны РСФСР / Природные условия Нечерноземной зоны РСФСР. Вып. 1. М.. 1982. С. 106-119.
14. Трофимов В.Т., Фадеев П.И. Грунтовые толщи и их отображение на картах // Инженерная геология. 1982а. № 3. С. 26-35.
15. Трофимов В. Т., Кропоткин М.П., Фадеев П.И. Грунтовые толщи // Почвенно-геологические условия Нечерноземья. М.. 1984. С. 289-324.
16. Фадеев П.И. Грунтовая толща Мещерской низменности и ее строение // Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. Вып. 1. М.. 1963.
17. Фадеев П.И. Песчаные породы Мещерской низменности. М.. 1969.
18. Филатов М.М. Основы дорожного грунтоведения: Учебн. пособие. М: Л., 1936.
Поступила в редакцию 13.11.2007
