Промышленное освоение крупных месторождений, расположенных на юго-западе республики Саха (Якутия) предполагает, в программе развития производительных сил России и РС(Я) до 2020 г, создание инфраструктуры включающей, в том числе. строительство дорог, линий электропередач и различных инженерных сооружений.
Одним из уникальных районов по совокупности различных видов полезных ископаемых является Мурун-Тарыннахское поднятие, с крупнейшим по разведанным запасам – Тарыннахским железорудным месторождением. Строительство высоковольтной линии электропередач (ВЛЭП), железной дороги и присоединение её к Байкало-Амурской магистрали, даст возможность освоения этого богатого природными ресурсами региона.
Территория предполагаемого развития расположена в пределах Олёкмо-Чарского поднятия (ОЧП), Кодарского и Удоканского хребтов. Климат региона - суровый. Среднегодовая температура воздуха на рассматриваемой территории варьирует от -6 до -10˚С. Годовая амплитуда колебаний среднемесячных температур воздуха составляет 43-53 ˚С [1].
Отличительной особенностью территории, в том числе и для инженерного освоения, является наличие сезонных и многолетнемерзлых пород, определяющих инженерно-геологические условия.
Рельеф территории на севере представлен среднегорьем с высотами водоразделов 1000 - 1400 м, а на юге - среднегорьем и высокогорьем - до 3012 м (г.Апсат). Согласно геоморфологическому районированию с севера на юг сотрудниками ИМЗ СО РАН выделены: - Кебекте-Торгинский, Алаткит-Кебектинский плоскогорный, Кодарский среднегорный, Верхнетоккинский и Верхнечарский межгорно-котловинные и Удоканский среднегорный районы (Рис.1). Каждый из них отличается геолого-геоморфологическими, ландшафтными и соответственно геокриологическими условиями, характеристика и специфика которых, последовательно рассматриваются далее.
Рис.1. Схема геоморфологического районирования территории
Условные обозначения:
I – Кебекте-Торгинский плоскогорный район; II – Алаткит-Кебектинский плоскогорный район; III – Кадарский среднегорный район; IV – Верхнетоккинскиймежгорно-котловинный район; V – Верхнечарскиймежгорно-котловинный район; VI – Удоканский среднегорный район
Кебекте-Торгинский район (I) расположен в северной части Олёкмо-Чарского поднятия (рис.1). В его пределах наиболее распространены плоскогорно-привершинные и горносклоновые формы рельефа. Толщи коренных скальных выходов сложены докембрийскими метаморфическими и интрузивными кристаллическими породами, на склонах они перекрытыделювиально-солифлюкционными (до 35-40%) четвертичными комплексами. Абсолютные высоты местности в долинах около 850м, на водоразделах до 1200м.
По абсолютным отметкам, и геокриологическим условиям в районе выделятся три, области [2]:
1 - полого-холмистого рельефа, с высотами не более 850м и с превышениями водоразделов над днищами речных долин 100 - 200м. Многолетнемерзлые породы (ММП) здесь имеют островное распространение и залегают в пределах заторфованных участков надпойменных террас, редких крутых склонах северной и северо-восточной экспозиций, где на поверхностизалегают крупнообломочные отложения. Мощность многолетнемерзлой толщи (ММТ) на таких участках, не превышает 30-50м. Температуры пород(ТП) на глубине годовых теплооборотов в большинстве случаев изменяются от +0,6 до +1,4оС;
2 - резко расчлененного рельефа, с высотами водоразделов 1000 - 1300м и превышениями, соответственно, до 500м. ММПв этой областиимеют прерывистое распространение и залегают на склонах северной и западной экспозиций, а также в подгольцовых и гольцовых областях водоразделов. ТП изменяется на водоразделах - от +0,5 до –3,8оС (рис. 2, скв.14 и 109), в седловинах, между водоразделами - от +2,5 до +0,8оС (см.рис.2, скв.81), на нагорных террасах в подгольцовых зонах; от +1,0 до+0,2оС (см.рис.2скв.154, 27). Максимальная мощность ММТ до 500м установлена в гольцовых зонах наиболее высоких водоразделов и в верхних частях крутых склонов северной экспозиции. На участках резко расчлененного рельефа мощность ММТ вблизи крутых склонов в пределах высот 990-1090м составляет 420-470м (рис.3, скв. 10, 22), тогда как на идентичных высотах вцентральной части пологих холмов она непревышает 250-300м (рис.3, скв.43).;
3 – плато и полого-холмистого рельефа, с высотами водоразделов 1000 - 1250м, пологими склонами. ММП имеют здесь островное распространение и присутствуют только на локальных участках водоразделов (останцы, каменные развалы), крутых склонах северной и западной экспозиций, а также на открытых заторфованных участках в верховьях ручьев. ТП варьирует от +1,4 до –0,5°С (в пределах плоскогорий от +0,6 до +1,4оС, см.рис.2, скв.525),а мощность ММТ, не превышает 40 - 60м.
В целом, для рассматриваемого района, на изменения ТП оказывает влияние образование снежников, формирующихся на склонах и в западинах водоразделов. Так, на нагорных террасах, в верхних частях холодных склонов, где расположены снежники площадью до 150 - 200м2 и более, размещаются породы с нестационарным температурным полем в верхней части разреза, что обусловлено частично «отепляющим влиянием» снежников (рис.3, скв.41) [3].
Наличие зональных трещин в породах вдоль разломов, способствует инфильтрации дождевых осадков и конвекции воздуха, это оказывает существенное влияниевлияет на формирование температурного поля и особенности залегания ММП, условия питания и разгрузки подземных вод.
Рис.3. Изменение ТП с глубиной в скважинах Олекмо-Чарского поднятия (Угуйский грабен)
Так, на Тарыннахском месторождении, зона талых пород шириной 200 - 350м прослежена между мерзлыми массивами. ТП в этой талой зоне, по данным режимных наблюдений, в скв. 4 (рис.4) на глубине 40м равна +1,0оС. Ширина и контуры таликовой полосы совпадают с трещиноватыми породами, в зоне крупного разлома, выраженного депрессивными седловинами в рельефе и крутыми выступами ненарушенных пород [4].
Алаткит-Кебектинский район (II) расположен в южной части Олекмо-Чарского поднятия в междуречье Алаткита и Кебекте (рис.1). Рельеф этой территории представлен плоскогорно-привершинными формами, на которых развиты склоновые делювиально-солифлюкционные и малой мощности долинные четвертичные отложения, залегающие на карбонатных толщах чехла и метаморфических образованиях фундамента. На площади этого района ММП имеют прерывистое распространение. Мерзлые толщи развиты фрагментарно на водоразделах, реже склонах, где на поверхность выходят крупнообломочные и отсутствует растительность, кроме того на массивах торфянников. Температура пород изменяется преимущественно от –0,5 до +2,0оС. Наиболее высокие значения ТП приурочены к участкам, где маломощный слой четвертичных отложений подстилаетсятрещиноватыми породами (в зонах разломов).Мощность слоя сезонного промерзания здесь составляет 2-3м - а на дренированных участках склонов, ввиду их повышенной трещиноватости увеличивается до четырёх, иногда и более метров.
В пределах Алаткит – Кебектинского района специфичным участком является Ималыкский грабен. В контурах грабена развиты преимущественно талые породы. Многолетнемерзлые толщи мощностью до 60 м установлены в виде островков под массивами торфяников [5], на локальных возвышенностях, которые на дневной поверхности покрыты крупнообломочными элювиально-делювиальными отложениями. В характере изменения ТП с глубиной (рис.3, скв.1036), малая величина геотермического градиента (0,7-0,8оС/100 м) обусловлена высокой теплопроводностью пород (известняки, доломиты). Наличие без градиентных (зона транзита) и высоко градиентных зон (притока, поглощения) обусловлено движением воды в стволе скважины.
В придолинных, слабодренированных природных комплексах района широко распространены мари, которые представляют собой участки с заболоченной поверхностью. Кроме того, здесь имеются термокарстовые озёра, термоэрозионные воронки, бугры пучения, структурные грунты и наледи. На участках развития карбонатных толщ развиты карстовые образования, достигающие иногда значительных размеров, так глубина наиболее крупных воронок в верховьях р.Нижний Горкит достигает 8-10 м.
Кодарский среднегорного район (III) включает в себя правобережную часть долины р.Чара в среднем её течении (рис.1). Водоразделы прорезаны многочисленными впадающими в реку ручьями. Абсолютные отметки высот этой площади изменяются от 700м - в долинах и до 1425м- на водоразделе. В долинах рек залегают аллювиальные и местами ледниковые отложения, вдоль склонов распространены преимущественно горносклоновыеколлювиальные, делювиально-коллювиальныечетвертичные комплексы. В их составе преобладает песчано-щебнисто-глыбовый материал магматических и метаморфических пород.
Геокриологические условия этого района существенно отличаются от южных и северных. Здесь, в области среднегорья, развиты ММТ сплошного распространения. ТП изменяется от –3,5оС - на высотах 1000м до –7,8°С на высотах 2200 м. По данным геотермических исследований и расчётам в пределах среднегорной части хребта Кодар в интервале высот 1200-1900м мощность ММТ изменяется от 350 до 720 м. Для водоразделов и верхних частей склонов она описывается следующим уравнением регрессии: h = 0,84 Н – 740,35 при 1200 > Н < 2100, где h - мощность мёрзлых толщ, H – абсолютная отметка поверхности.
Долины наиболее крупных рек, имеют троговую форму. Таликовые зоны, развиты вдоль долин рек и ручьев, заложенных, как правило, вдоль разломов. В зависимости от степени трещиноватости скальных пород и гидрологических характеристик здесь формируются сквозные и несквозные талики (Рис.5).
Рис.5. Мерзлотно-геотермический разрез в верховье руч.Березовый (центральная часть Олёкмо-Чарского плоскогорья). Условные обозначения см.рис.4.
В пределах Апсатской грабен-синклинали, формирование геотемпературного поля и многолетнемерзлой толщи носит специфичный характер, обусловленный повышенным (относительно средней величины ОЧП) внутри земным тепловым потоком (48 мВт/м2) и более низкими значениями теплопроводности пород. ММП здесь имеют сплошное распространение, а ТП на отдельных участках достигает –7,4оС. Мощность ММТ в интервалах абсолютных высот 1100 - 1800м изменяется от 140 - в долинах до 520м - на водоразделах (рис.6).ММТ мощностью менее 140м и небольшие талики вытянуты вдоль речных долин и связаны, с гидрогеологическими особенностями и трещиноватостью пород в зонах разломов. В пределах склонов и водоразделов в интервале высот 1500 - 1800м нижняя граница ММТ залегает на глубинах от 300 до 400м (рис.6, скв. 26, 121, 406). Величина геотермического градиента изменяется от 0,3 до 2,8оС/100 м и зависит от различия теплофизических свойств пород, перераспределения внутриземного теплового потока в системе склон – водораздел и гидрогеологических условий.
Зависимость мощности ММТ (h) от абсолютной высоты поверхности (Н) имеет линейную связь[3] с коэффициентом корреляции 0,96, и может быть описанаследующим уравнением регрессии : h = -771,2 + 0,7 Н при 1500 > Н< 1800.В межгорных распадках мощность ММТ в интервале высот 1150 – 1620м, в большинстве случаев, изменяется от 140 до 240м скв.17,301,302,311 (рис.6). Наличие сквозных и надмерзлотных таликов установлено геотермическими исследованиями в скважинах 6 и 10 (рис.6) и электромагнитным зондированием (ЗМПП).
В плане талики имеют узкую (10-50м), вытянутую вдоль долины форму. Площадь таликов разнообразна – от 50 до 1500м2. Мощность надмерзлотных таликов достигает 20-50м и связана с инфильтрацией и транзитом поверхностных вод в грубообломочных ледниковых отложениях и интенсивно трещиноватых скальных породах. Сквозные талики приурочены к зонам трещиноватых пород, по которым круглогодично происходит взаимосвязь грунтовых и подземных вод глубоких горизонтов [6,7]. Сквозные талики в высокогорной (центральной) части ОЧПимеются только в зонах разгрузки и фильтрации подземных вод по трещиноватым породам.
Рис.6.Температуры пород по скважинам участка Апсат(Скв.6, 10, 17, 301, 302, 311 – долины ручьев; 25, 121 – склон юго-западной экспозиции; 406 – склон западной экспозиции)
Существенное влияние на температурный режим горных пород в регионе оказывает инверсия температуры воздуха. Специальными исследованиями, выполненными в Апсатской грабен-синклинали, установлено, что её величина, в зависимости от высотных отметок варьирует от 0,63 до 0,38оС/100м и прослеживается в породах на высотах до 150-300м над днищем долины [3].
Специфичные геокриологические условия характерны для Чарской и Верхне-Токкинской впадин «байкальского типа», расположенных в центральной части рассматриваемого региона (см.рис.1).Это относительно молодые грабены, фундамент под ними разбит на отдельные блоки, а мощность четвертичных отложений составляет от 100 до 1500м [6].
В формировании современного рельефа здесь, на ряду, с неотектоническими процессами участвовала экзарационная деятельность ледников, а также флювиогляциальные потоки и работа рек. Поверхность впадин в значительной степени заболочена, на пологих склонахраспространены многочисленные мари.Суровые климатические условия способствуют здесь сплошному развитию ММП значительной мощности.
Верхне-Токкинский межгорно-котловинный район (IV) расположен в верхнем течении р. Токко (см.рис.1). В структурном отношении это северо-восточное продолжение Чарской депрессии. Рельеф в границах котловины пологохолмистый, с абсолютными высотами 650-750 м. Мощность четвертичных толщ составляет 100-250 м.
В этой структуре геотермические исследованиябыли выполнены в 1985 году сотрудниками ИМЗ СО РАН в двух скважинах глубиной 60 и 150 м[3].
Основываясь на этих данных, сведениях в процессе бурения скважин при проведении инженерно-геологической съёмки в 1980-х годах, а также данных геофизических исследований, мы считаем, что ММП в пределах впадины имеют сплошное распространение. Наибольшая мощность ММТ приурочена к местам глубокого погружения фундамента, т.е. на севере и юге впадины, где глубина четвертичных отложений достигает 250 - 270м. ТП в этой впадине в большинстве случаев варьирует от –1,7 до –2,6оС.
Верхнечарский межгорно-котловинный район (V) расположен в верхнем течении р. Чара (см.рис.1). В целом, в пределах Чарской котловины ТП в зависимости от ландшафтных и гидрогеологических условий варьирует от +1,5 до -6,2оС. Наиболее низкие значения ТПотмечены в северной части впадины, под массивами торфяников. Талики зафиксированы бурением и геотермическими измерениями в бортах впадины, в долинах и поймах ручьев, в местах выхода на поверхность термальных источников [6]. Они связаны с особенностями разгрузки подземных вод и занимают не более 5-6% площади.
Геотермическими исследованиями [3] в северной части впадины, установлено, что максимальная мощность ММТ в местах глубокого погружения фундамента (более 1100м) достигает 470м. Форма температурной кривой имеет нестационарный тепловой режим.
В северо-восточной части котловины ТП изменяется от +0,1оС (конечный моренный вал) до –3,3оС (маревый участок), а мощности ММТ соответственно равны 16 и 300м. Столь большие изменения мощности ММТ на этом участке впадины объясняются наличием очагов разгрузки и транзита подземных вод в шовной зоне между впадиной и хр. Кодар, а также неотектоническим влиянием и компенсационным осадконакоплением в условиях сурового климата.
Удоканский среднегорный район (VI) соответствует восточной части Кодаро-Удоканского прогиба. Он сложен нижнепротерозойскими карбонатно-терригенными породами удоканского комплекса. Эта структура ограничена и разбита крупными тектоническими нарушениями. Для района характерны высоты водоразделов 1400-2600м, которые предопределяют приуроченность его к верхнему геокриологическому поясу, где с увеличением высоты гор, мощность ММТ возрастает, а ТП понижаются.
Рельеф юго-восточной части Удоканского среднегорного района (территория исследований) резко расчлененный, с абсолютными высотами водоразделов 1100-1300 м и превышениями водоразделов над днищами долин 300-500 м. ТП на склонах южной экспозиции изменяется от -1,8 до –2,5оС, понижаясь до –5,6оС - соответственно на северных склонах. Мощность ММТ изменяется от 200 м - в долинах до 525 м - на водоразделах. Наличие нагорных террас в верхних частях склонов, плоские водоразделы и связанные с ними условия снегопереноса способствуют повышению ТП на этих элементах рельефа.
Более стабильные геокриологические условия в южной части Удоканского прогиба имеют межгорные плато с высотами 1350-1500 м. ММП в их пределах имеют сплошное распространение, мощность их изменяется от 200 до 240 м, а ТП от –2,4 до – 3,6 оС [17]
В целом, для района типично сплошное распространение ММП, которое прерывается таликами (в том числе сквозными) только под руслами крупных водотоков и в местах выхода подземных вод. ТП на надпойменных террасах и в долинах водотоков изменяется от положительных до -5°С. На маревых участках, где грунты сложены оторфованными супесями и пылеватыми песками, ТП варьирует от -3,0 до -4,5°С. На поросших лесом дренированных участках с кустарниками (где, грунты сложены мелкими и пылеватыми песками), ТП изменяется от-2,0 до-3,0°, амощность ММТ составляет 100 - 200 м и уменьшается до 10-50 м вблизи талых обводненных зон разломов. [8,9,10].
Разнообразие литологического состава рыхлых четвертичных отложений обусловило многообразие подземных льдов, из которых наиболее распространены текстуро-образующие льды. Они формируют самые различные типы криогенных текстур - от массивных до шлировых. Значительно изменяется объемная льдистость отложений от 50-60% - в оторфованных и пылеватых песках пойменных террас до 2-5% - относительно сухих крупнообломочных мореных отложениях. Крупные ледяные массивы представлены погребенными, инъекционными и повторно-жильными льдами, кровля которых залегает на глубинах 1,4-6,0 м, а мощность их изменяется от 1 до 15м. [8].
Ледниковые отложения широко развиты в долине р.Икабъекан и представлены супесями и песками с включением гравия, гальки и валунов. Содержание валунов составляет до 30-50%. На отдельных участках по берегам реки, валунно-галечниковый горизонт перекрыт с поверхности суглинками, супесью и песками, мощность которых в среднем 3м. Температура грунтов варьирует здесь от 2,5 до – 3,5°С.
Наледи широко развиты в долинах рек Мурурин, Хани, Икабъекан, Кебекте, Туостах и на некоторых их склонах. Например, в долине р. Хани большое количество наледей расположено в верховьях и низовьях реки. Объем льда в наледях долины р. Хани превышает 2 млн. м3 при средней мощности льда около 3м.
Заключение
На основании комплексной геокриологической характеристики территории, представленных в статье температурных данных, которые возможно использовать как основу для инженерных проектов, сделаны следующие выводы: 1. Геокриологические условия в зоне проектируемых линейных сооружений на участке Икабъекан-Тарыннах Олекмо-Чарского поднятия, отличаются пестротой и разнообразием, которое определяется сочетанием комплекса природных факторов. Авторами на основании собственных исследований, литературных и фондовых материалов, выполнено районирование территории и дана характеристика геокриологических условий вихграницах.
2. Установлено, что в пределах выделенных районов геокриологические условия имеют существенные различия и это необходимо учитывать при проведении инженерных изысканий и выработке проектных решений. ТП в области развития ММТ, является индикатором состояния грунтов оснований инженерных сооружений. Учитывая пестроту геокриологических условий и существенные изменения климата на Земле в последние годы, необходимо на начальных стадиях освоения территории сформировать мониторинговую геокриологическую сеть. Представленные в статье температурные данные позволят подготовить эффективные проектные решения при освоении месторождений, контролировать и разрабатывать обоснованные превентивные мероприятия по устойчивости инженерных сооружений и конструкций, а такжеспособствуют обеспечению экологической безопасности территории.
Рецензенты:
Макаров В.Н., д.г.-м.н., профессор, зав. лабораторией геохимии криолитозоны, ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН, г. Якутск;
Григорьев М.Н., д.г.н., г.н.с., зам. директора ФГБУН Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН, г.Якутск.
Библиографическая ссылка
Жижин В.И., Железняк М.Н., Сериков С.И. ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОЛЕКМО-ЧАРСКОГО ПОДНЯТИЯ В ЗОНЕ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА УЧАСТКЕ ИКАБЪЕКАН-ТАРЫННАХ // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16157 (дата обращения: 16.07.2026).