Распространение, 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 (МГУ) 119234, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 109 Averkina Tatiana Ivanovna PhD in Geology and Mineralogy Docent, the department of Engineering and Environmental Geology, the faculty of Geology, M. V. Lomonosov Moscow State University 119234, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 109 averkina@geol.msu.ru Другие публикации этого автора

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 ^[14], 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 ^{[15, 16]}.

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. ^[3]. 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 ^[11]. 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 ^[8].

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 ^[3]. Они представлены 5–6-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 (mQ1III) 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 ^[9].

Таблица

Гранулометрический состав песков салехардской свиты Северной Обь-Енисейской области

(обобщенные данные) ^[9]

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 ^[4].

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 ^[6].

Южнее полярного круга синкриогенные песчаные грунты в Западной Сибири приурочены к речным поймам, причем преобладают среди них аллювиальные пески позднеголоценового возраста, которые часто представлены заторфованными разностями.

Сибирская платформа

На севере Восточной Сибири (севернее 65^о с.ш.) вследствие сурового континентального климата и низких отрицательных температур пород рыхлые четвертичные отложения промерзали и промерзают преимущественно сингенетически. В пределах 62–65^о 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 ^[4].

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 II-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 ^[10].

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 до 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 ^[10].

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 состоянии.

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 ^[3]. 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 ^[5].

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 ^[7]. 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 ^[17].

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, 2]}. 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.