Состава мерзлых пород

Особенности органо - минерального и химического

ЛЕКЦИЯ 3. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

При сезонном и многолетнем промерзании — протаивании происходит преобразование не только льда, но и минерального, химического и органического состава самого скелета породы.

Специфичными для области распространения мерзлых пород оказываются химические процессы, которые протекают в характерной для криолитозоны кисло-нейтральной и восстановительной среде с повышенным содержанием углекислого газа, растворенной углекислоты и фульвокислот. Здесь широко развиты процессы коагуляции и пептизации (дробление г.п. или фракции).

В минеральной части мерзлых пород обычно выделяют: первичные нерастворимые в воде, вторичные нерастворимые в воде, вторичные растворимые в воде минералы, органические и органо-минеральные соединения. Основной особенностью состава мерзлых пород является появление нового породообразующего минерала — льда, строение которого определяется условиями формирования мерзлой породы, ее генезисом. Лед может находиться в порах и образовывать прослои, линзы и криогенные конгломераты или значительные его скопления — мономинеральную породу в виде клиновидножильных, инъекционных и других видов подземного льда.

Первичные минералы и их агрегаты, образующиеся в результате физического выветривания изверженных и метаморфических пород в криолитозоне, существенно отличаются от минералов вне этой зоны. Это проявляется прежде всего в повышенном содержании слабостойких к выветриванию минералов. Среди вторичных нерастворимых в воде минералов, формирующихся обычно в криолитозоне в результате разрушения и преобразования в основном слоистых и ленточных силикатов и полевых шпатов, преобладают монтмориллонит, гидрослюды.

Вторичные растворимые в воде минералы в мерзлых породах представлены соединениями гидрокарбоната кальция и магния, сернокислого кальция и натрия, а также хлористого натрия. Легкорастворимые соли (хлориды и сульфаты) находятся только в растворе, а труднорастворимые (карбонаты) чаще всего в твердом состоянии.

Органическое вещество в криолитозоне может находиться в виде слаборазложившихся растительных и животных остатков и продуктов их разложения — гумуса. Мигрируя в почвах, продукты разложения образуют специфические для северных почв горизонты. При этом для хорошо дренируемых почв в криолитозоне характерны процессы иллювиального гyмycиpoвaния.

Большое распространение в тундровых районах криолитозоны имеют глеевые почвы, формирующиеся в слабодренируемых породах. Небольшая водопроницаемость глинистых и суглинистых пород при близком залегании кровли многолетнемерзлых пород приводит к слабой дифференциации почвы на горизонте.

В криолитозоне широко распространены торфяные породы, образующиеся при отмирании и разложении болотной растительности в условиях избыточного увлажнения, недостатка кислорода и низких температур.

Дисперсность органо-минерального скелета мерзлых пород, как и их минеральный состав, в криолитозоне имеет свои специфические особенности. В горных районах интенсивно протекают процессы физического криогенного выветривания (криоэлювиирования), в результате которых происходит дробление скальных пород до размеров крупнообломочных, песчаных и пылеватых фракций. Отложения равнинных низменных территорий в отличие от горных практически не содержат крупнообломочного материала. Однако в их мелкодисперсной фракции также преобладают пылеватые частицы. Для горных районов характерна слабая сортировка осадочного материала, а при переходе из одного генетического типа в другой (из элювия в делювий и аллювий) он становится все более неоднородным. Основной причиной такой индифференциации является интенсивная задержка и аккумуляция крупнообломочной фракции пород в верхних частях склонов при достаточно активном выносе тонкодисперсного материала в нижней части склонов. Другая важная причина связана с преобладанием в осадочных породах процесса криогенного разрушения (физического выветривания), наиболее активно протекающего в увлажненных нижних частях склонов. На равнинах, отложения которых не содержат крупнообломочного материала, эффект ухудшения неоднородности и несортированности прослеживается слабо.

Интенсивное криогенное диспергирование обломочнъгх пород, обусловленное процессами циклического промерзания — оттаивания, при слабой дифференциации продуктов выветривания приводит к характерным для северных районов полидисперсности и гетеропористости. Наиболее часто для тонкодисперсных пород наблюдаются моды в диапазоне коллоидной, глинистой, песчаной, мелко- и крупнопылеватой фракций. Полидисперсность характерна для песков, супесей, суглинков и глин, имеющих, как правило, полиминеральный состав. Породы монодисперсные, характеризующиеся одной четко выраженной модой, встречаются среди тяжелых глин и песков и в большинстве случаев являются мономинеральными.

Криогенное диспергирование песчаных пород обусловливает формирование лёссовидных отложений, наиболее типичных для пород слоя сезонного оттаивания и промерзания. Гранулометрический состав лёссовидных отложений довольно однородный: фракция крупной пыли (0,05—0,01 мм) составляет 60—90 %. Лёссовидные породы являются одними из наиболее распространенных отложений равнин.

Органо - минеральная часть мерзлых пород обычно сцементирована льдом, в результате чего образуются льдосодержащие глинистые и песчаные породы, льдобрекчии и т.д. Поры, образуемые минеральным скелетом этих пород, оказываются полностью или частично заполнены льдом. Поэтому для мерзлых пород одновременно с пористостью важное значение имеют пустотность, а также степень заполнения их льдом и незамерзшей водой.

Большое влияние на формирование дисперсности пород в криолитозоне оказывает их генезис. Так, аллювиальным отложениям свойственны грубые фракции, а в высокогорных районах они представлены в основном крупнообломочным материалом, сцементированным льдом. В криоэлювиальных образованиях плоскогорий преобладающей становится щебнистая фракция, а содержание пылеватой и глинистой фракций может достигать 25%. На крутых склонах в связи с выносом тонких продуктов разрушения формируются грубообломочные породы без мелкодисперсного заполнителя, а на пологих склонах идет постоянное накопление мелкозема.

Для аллювиальных отложений криолитозоны характерна четко выраженная сортировка материала: в русле реки — обломочные и крупнозернистые отложения, на прирусловой отмели — более дисперсные, на пойме преобладают пылеватые и глинистые отложения.

Дисперсность морских и озерных отложений в криолитозоне обусловлена особенностями их седиментогенеза. Основное значение в распределении крупнообломочного материала в породах морского генезиса имеют транспортировка его речным льдом и айсберговый разнос. Поэтому глубоководные микрофракции донных морских осадков криолитозоны нередко включают гравий, гальку и валуны.

Озерные отложения представлены суглинками и глинами, насыщенными органическим веществом с характерной ленточной слоистостью. В них встречаются прослои прибрежного песка и грубообломочных включений, переносимые речным и озерным льдом.

Дата добавления: 2014-01-07