ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 79
Скачиваний: 1
АКАДЕМИЯ НАУК СССР' СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
ИНСТИТУТ МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ
ОБЩЕЕ
МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЕ
Ответственные редакторы
чл.-корр. АН СССР П. И. Мельников, д-р геол.-мин. наук проф. Н. И. Толстихин
Контрольный экземпляр
ИЗДАТЕЛВСТВО «НАУКА» • СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ НОВОСИБИРСК-1974
УДК 551.340
Книга написана на основе фактических материалов, накоплен ных за последние 30 лет, на современном научном уровне к охва тывает многие проблемные и практические вопросы мерзлотоведе ния. Сформулированы основные понятия и определения, дана история развития мерзлотоведения, рассмотрены физические, физи ко-механические процессы и свойства мерзлых и протаивающих горных пород, их строение и географическое распространение. Большое внимание уделено вопросам сезонного промерзания и протаивания, формирования термического режима горных пород, подземным водам, криогенным явлениям и особенностям рельефа территории распространения мерзлой зоны. В заключительных гла
вах рассмотрены некоторые |
вопросы мерзлотных исследований |
и хозяйственной деятельности |
человека в связи с освоением се |
верных и восточных районов, даны прогнозы развития мерзлотове дения как, отрасли знаний.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов, участвующих в преобразовании обширных пространств Севера и Сибири, — мерзлотоведов, географов, геологов, гидрогеологов, инженеров-строи- телей и водоснабженцев. Она может быть полезной при подготовке соответствующих курсов в высших учебных заведениях.
Редакционная коллегия: И. Н. Вотяков, Р. С. Кононова,
В. М. Максимов, Г1. II. Мельников, И. А. Некрасов, II. И. Толстихин, О. Н. Толстихин.
Щ'бЛИЧГ.&В |
J |
L |
||
,■*»/>„• - текни |
кая |
|||
|
|
|||
CX-Cf* (Зс.'-лПЛЯР
ЧИТА/1ЬИСГО ЗА Л А
W - Т ш у
20806-1548 |
699-73 |
© Издательство ,,Наука", 1974. |
|
042(01)-74 |
|||
|
Посвящается светлой памяти профессора М ихаила Иванови ча Сумгина — основателя мерз лотоведения
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 1940 г. с выходом книги «Общее мерзлотоведение», написан ной М. И. Сумгшшм, С. П. Качурнным, Н. И. Толстиххшым и В. ОС Тумелем, получила права гражданства новая отрасль на уки — мерзлотоведение. Более 30 лет прошло с тех нор. Невидан ными темпами развернулось промышленное освоение северных
ивосточных районов. На карте появились новые города, рудники, трассы дорог, трубопроводов и линий электропередач. Все дальше
идальше на север проникает сельское хозяйство, в том числе и такие отрасли, как овощеводство и хлебопашество. Широкий фронт освоения Севера потребовал стремительного роста мерзло товедения как отрасли знаний и увеличения числа специалистов, хорошо разбирающихся в вопросах новой науки и строительной
практики на мерзлых грунтах. Подготовка таких специалистов в Московском государственном университете и организация спе циальных курсов лекций в ряде других вузов страны потребовали
разработки ровых учебников |
и учебных методических пособий. |
В то же время интенсивное |
строительство на Севере привело |
к накоплению новых фактических материалов, пересмотру от дельных теоретических положений, дальнейшему углублению общей теоретической базы мерзлотоведения. Ставшее библиогра фической редкостью первое издание учебника «Общее мерзлото ведение» требовало большой доработки и дополнения. В 1959 г. под редакцией П. Ф. Швецова были изданы «Основы геокриоло гии», охватившие как общие вопросы мерзлотоведения, так и ин женерное дело. В 1967 г. ведущие ученые МГУ Б. II. Достовалов и В. А. Кудрявцев создали новый курс общего мерзлотоведения применительно к программе специализированной кафедры МГУ. Составленные на современной научной основе эти книги оказа лись слишком сложными для высших учебных заведений обыч ного профиля и не смогли восполнить возникшего пробела. Все это побудило попытаться переиздать первый курс «Общего мерз лотоведения», переработав его в соответствии с новым фактичес ким материалом и теми изменениями в теории, которые претер пело мерзлотоведение за последние 30 лет, применительно к про^
3
граммам подготовки физических географов, геологов-разведчиков, гидрогеологов и инженеров-геологов в университетах и на геолого разведочных факультетах. Эта инициатива была одобрена Советом
по криологии Земли |
АН СССР, активная поддержка |
которого |
во многом способствовала созданию книги. |
что все |
|
Начав составление |
книги, авторы убедились в том, |
|
разделы придется писать заново, так как объем информации, полученной в мерзлотоведении за время, прошедшее с первого издания, и изменения в представлениях по основным вопросам теории значительны. При этом авторы все-таки считали целесооб разным в первую очередь останавливаться на вопросах, рассмат риваемых в первом издании курса «Общее мерзлотоведение», развивая идеи основоположников этой науки, прежде всего М. И. Сумгина. Этим стремлением продиктована и общая компо новка книги, в которой по возможности сохранен как порядок изложения, так и отдельные формулировки, не потерявшие до сего дня своего значения. Учитывая преемственность содержания, авторский коллектив решил посвятить работу 100-летию со дня рождения основоположника мерзлотоведения М. И. Сумгина.
В настоящей книге глава I написана Н. И. Толстнхиным; II — |С. П. Качуриным|, Н. И. Толстихиным; III — 3. А. Нер сесовой; IV— А. В. Павловым; V —|С. П. Качуриным|, В. М. Мак
симовым и Н. И. Толстихиным; VI — В. Т. |
Балобаевым; |
VII — |
|||||
А. И. Поповым, Н. |
И. Толстихиным и Г. |
Ф. |
Грависом; |
VIII — |
|||
С. С. Вяловым; IX — |
Н. И. |
Толстихиным и О. |
Н. Толстихиным; |
||||
X — П. А. Соловьевым и О. |
Н. Толстихиным; |
XI — |
В. |
II. Да- |
|||
дыкиным; XII —В. М. Максимовым, О. Н. Толстихиным, А. Т. Аки |
|||||||
мовым, В. С. Якуповым, В. Т. Балобаевым; |
X III |
— П. И. |
Мель |
||||
никовым, О. Н. Толстихиным и В. С. Якуповым. |
Авторы |
отдель |
|||||
ных небольших разделов, включенных в некоторые |
главы, ука |
||||||
заны в примечаниях. |
Большая организационная и |
техническая |
|||||
работа при подготовке рукописи к изданию выполнена в Институте мерзлотоведения СО АН СССР Л. Д. Ивановой и другими сотрудни ками лаборатории подземных вод мерзлой зоны.
Пользуясь возможностью, авторы выражают искреннюю при знательность рецензентам канд. геол.-мин. наук Н. П. Анисимо вой, канд. физ.-мат. наук И. М. Кутасову, канд. геол.-мин. наук доц. Н. Г. Пашкевич и всем товарищам за полезные советы, ко торые были учтены при подготовке рукописи к печати. Авторы будут признательны читателям за суждения и предложения по книге; их можно направить по адресу: 677010, Якутск, Ин ститут мерзлотоведения.
Г л а в а I
ТЕРМИНОЛОГИЯ. ПРЕДМЕТ. МЕТОД. МЕСТО МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ СРЕДИ ДРУГИХ НАУК
Мерзлые почвы и породы. На территории средних и высоких широт обоих полушарий верхние слои литосферы на относитель но долгий срок охлаждаются до отрицательной температуры. Если слагающие их горные породы содержат воду в капельно жидком виде, то, как правило, она замерзает, переходя в твер дую фазу — лед.
Замерзание воды в почвах и породах существенно изменяет их физико-механические, фильтрационные, тепловые, электрические и другие свойства. Сцементированные льдом рыхлые породы обычно становятся более или менее плотными, крепкими.
Почвы, породы, содержащие включения льда, называются мерзлыми; причем отрицательная их температура как бы под разумевается. Почвы, породы, не содержащие в своем составе кристаллов льда, называются талыми; при этом положительная их температура тоже подразумевается.
М. И. Сумгин обратил внимание на то, что в природных ус ловиях при понижении температуры пород и почв ниже нуля на блюдаются более сложные случаи. Во-первых, встречаются по роды, содержащие так мало воды, что при отрицательных темпе ратурах, им свойственных, вода не замерзает. Во-вторых, нередки случаи, когда в увлажненных почвах, породах при отрицатель ных температурах вода сохраняется в переохлажденном состоя нии. В-третьих, существуют породы, насыщенные солеными во дами и рассолами, не замерзающими при тех отрицательных тем пературах, которые в них наблюдаются.
Учитывая все сказанное, М. И. Сумгин [1] предложил клас сификацию почв и пород по их температуре.
Согласно этой классификации, к мерзлым он отнес все по роды, имеющие отрицательную температуру, независимо от со
стояния в них воды. |
Однако в более ранней |
работе 1937 г. с |
|
Н. А. |
Цытовичем [2] |
и в более поздней с Б. |
П. Вейнбергом [3] |
М. И. |
Сумгин писал, |
что мерзлым грунтом или мерзлой почвой |
|
можно называть такой грунт или такую почву, которые имеют отрицательную температуру и вода в которых полностью или ча-
5
стнчно находится в твердом состоянии, т. о. в виде льда. За истек шие 30 лет со времени опубликования «Общего мерзлотоведения» за термином «мерзлая порода, почва» укоренилось понятие по роды, почвы, содержащей лед и имеющей отрицательную или ну
левую температуру. |
Именно так мерзлые породы понимали |
С. Г. Пархоменко, |
Н. И. Толстихин и др. |
В отличие от мерзлых, породы, имеющие отрицательную тем пературу, но не содержащие льда, стали относить, по П. Ф. Шве цову [4], к морозным. Среди морозных пород, в свою очередь, сле дует различать сухоморозные, не содержащие льда и гравитаци онной воды, п мокроморозные породы с криопэгами, т. е. с соле ными водами илп рассолами, имеющими отрицательную темпера туру.
Продолжительность мерзлого состояния почв и пород. По про должительности существования почвы или горной породы в мерз лом состоянии различаются три типа: кратковремепномерзлые, сезонномерзлые и многолетнемерзлые, или, как их иногда назы
вают, вечномерзлые. |
состояние |
почвы или |
К р а т к о в р е м е н н о м е р з л о е |
||
породы продолжается несколько суток |
илп часов. |
Возникает |
оно при ночных заморозках в высоких, средних широтах и южнее, а иногда наблюдается в горных странах, в тропиках и даже на вы соких горах экваториальной области.
С е з о н н о м е р з л о е состояние почвы, породы продол жается несколько месяцев, появляется с наступлением зимних холодов и полностью прекращается весной или летом. Этот тип промерзания наиболее характерен для средних н высоких широт северного и южного полушарий. Продолжительность сезонного промерзания и протаивания зависит от шпроты, долготы и высоты местности и от других географических и геологических условий.
М н о г о л е т и е м е р з л о е |
( в е ч н о м е р з л о е ) |
со |
стояние породы может длиться |
без перерыва многие годы, |
века, |
тысячелетия. Такое состояние пород встречается на очень боль ших территориях Арктики и Субарктики, в Антарктиде и на ог раниченных площадях горных районов остальной части суши зе много шара, например в Тянь-Шане, на Памире, в Тибете и т. п.
Для удобства изложения многолетнемерзлые породы условимся называть просто м е р з л ы м и. Этот термин прочно вошел в мерзлотоведческую литературу, он наиболее краток и удобен.
Между главными типами промерзания по времени сущест вуют переходные. Между первым и вторым типом отметим про мерзание почв, длящееся не часы, а дни или даже недели. Так, продолжительный осенний заморозок может проморозить почву на некоторую глубину, затем наступает оттепель и мерзлый слой частично оттаивает. Подобные явления широко распространены
всредних широтах северного полушария.
Кпромежуточному между вторым и третьим типом относится
такое промерзаниедочв и горных пород, когда последние оттаивают
G