Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

Г л а в а X I I

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ МЕРЗЛОТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Предварительные замечания. По своему назначению мерзлот­ ные исследования могут быть подразделены на о б щ и е и с п е ­ ц и а л ь н ы е . К общим относятся в первую очередь различные региональные исследования, включая мерзлотные, мерзлотно­ гидрогеологические и мерзлотно-инженерно-геологические, ре­ жимные наблюдения за динамикой мерзлых пород и подземных вод, изучение криогенных явлений и образований, характери­ стик региональных закономерностей их развития. К с п е ц и ­ а л ь н ы м могут быть отнесены исследования какого-то узкого направления, имеющие целью решение конкретной задачи, свя­ занной с тем или иным объектом строительства. По месту и мето­ дам проведения мерзлотные исследования могут подразделяться

правило, к углубленному изучению полевых материалов в ста­ ционарных условиях, и э к с п е р и м е н т а л ь н ы е . В пос­ леднее время широкое развитие получили исследования методами физического и математического моделирования. Учитывая то об­ стоятельство, что осветить все многообразие современных нап­ равлений, методов и приемов мерзлотных исследований не пред­ ставляется возможным, ниже будут рассматриваться общие воп­ росы мерзлотных съемок, режимных наблюдений, геофизических и геотермических работ.

Мерзлотные съемки. Комплексные съемки, проводимые в целях изучения мерзлотных, гидрогеологических и инженерно-геоло­ гических условий территории, являются одним из наиболее распространенных видов исследований, получивших в последние годы широкий размах. Необходимость унификации приемов проведения этих съемок и получения сопоставимых материалов привела к созданию специальных методических руководств [1, 2] и инструкций [3], кроме того, особенности съемочных работ на территории мерзлой зоны нашли отражение в общих методи­

ческих указаниях по проведению специальных (гидрогеологи­ ческих, инженерно-геологических) съемок [4, 5]. Перечисленные руководства и инструкции приняты за основу настоящего раз­ дела.

Масштаб съемки выбирается в зависимости от ее назначения и площади территории, подлежащей картированию. Наиболее распространенные масштабы 1:50000, 1:200000 и 1:500000. Съемки масштаба 1:50000 и, как исключение, более крупного проводятся при изучении территории, подлежащей застройке или осваиваемой иным образом (строительство водохранилищ и связанных с ними гидротехнических сооружений, трасс магист­ ральных газопроводов, дорог и т. п.). Съемка масштаба 1: 200000 наиболее распространена и используется для получения общей мерзлотной, гидрогеологической и инженерно-геологической характеристики районов горнопромышленного или сельскохозяйст­ венного освоения. Как исключение, в однообразных по геологи­ ческим условиям районах допускается замена съемки масштаба 1: 200 000 съемкой масштаба 1: 500 000. Проведение комплекс­ ной мерзлотной, мерзлотно-гидрогеологической и мерзлотно-ин­ женерно-геологической съемки одновременно и силами единого съемочного отряда (партии) наиболее целесообразно как в эконо­ мическом отношении, так и в отношении получения оптималь­ ных материалов, позволяющих довольно полно восстановить взаимосвязи между мерзлыми породами, подземными водами и различного рода мерзлотными явлениями и образованиями. Конечно, не исключается проведение только мерзлотных, гидрогео­ логических или инженерно-геологических съемок.

Методика проведения съемки, равно как и кондиции, опре­ деляется выбранным масштабом и степенью сложности рай­ она работ. Принципиальное отличие крупномасштабных съемок (1: 50 000 и крупнее) от средне- и мелкомасштабных заключается в том, что в первом случае пункты наблюдений назначаются по определенной сетке на всей картируемой площади, тогда как при мелкомасштабном картировании изучаются детально только так называемые ключевые участки, а остальная часть территории картируется по экстраполяции и косвенным признакам. Кроме того, между ключевыми участками назначаются увязочные мар­ шруты. Поскольку крупномасштабные съемки по объему и нап­ равленности работ примерно отвечают исследованиям на клю­ чевых участках, они специально не рассматриваются.

Выбор ключевых участков, на которых производятся деталь­ ные мерзлотные исследования, осуществляют исходя из категории сложности картируемой территории на основе карты ландшафт­ ного районирования. Соответственно количество ключевых участ­ ков определяется количеством, разнообразием и сложностью выделенных на указанной карте районов, каждый из которых должен быть представительно охарактеризован не менее чем на двух-трех участках. В свою очередь, построение карты ландшафт­

262

ного районирования предусматривает предварительную (на ста­ дии составления проекта) проработку всех имеющихся по району литературных материалов, карт и дешифрирования аэрофото­ снимков, а при необходимости п проведение аэровизуальных наблюдений. Помимо природной обстановки, при выборе ключе­ вых участков целесообразно учитывать их доступность для произ­ водства бурения и геофизических работ и перспективы строи­ тельства на картируемой территории. Не останавливаясь на об­ щей характеристике материалов, используемых для составления карты ландшафтного районирования, заострим внимание лишь на некоторых особенностях применения аэрометодов при мерз­ лотных исследованиях [6].

Эти особенности заключаются в том, что изучение состава, свойств и условий распространения мерзлых пород ведется пре­ имущественно по косвенным признакам дешифрирования компо­ нентов геолого-географической среды исходя из существующих в природе взаимосвязей. В свою очередь, результаты дешифриро­ вания компонентов геолого-географической среды как условий развития мерзлой зоны, выделение по материалам аэрофото­ съемки ключевых участков и экстраполяции полученных данных на идентичные по морфологическому облику территории служат основой мерзлотных карт. Карты, составляемые по материалам аэрофотосъемки, отличаются большой полнотой содержания, объ­ ективностью и точностью отображения на них границ распрост­ ранения, состава, строения мерзлых пород и связанных с ними мерзлотных явлений и образований.

Масштаб аэрофотоснимков, используемых при составлении мерзлотных карт, определяется масштабом съемки:

Камеральное дешифрирование дает максимальный эффект в сочетании с аэровизуальными наблюдениями перед началом полевого сезона и во второй его половине. В некоторых районах интенсивного развития таких мерзлотных явлений, как наледи, большой интерес представляют зимние или ранневесенние аэро­ визуальные наблюдения до начала таяния снежного покрова.

Для получения оптимальной информации по ключевым участ­ кам исследуются:

1)строение, свойства и температурный режим деятельного слоя и слоя годовых колебаний температуры;

2)мощность и прерывистость мерзлой зоны и криолитозоны,

их соотношение на площади и в разрезе, тенденции развития во времени (деградация, аградация) как основа прогнозирования возможных изменений, связанных с освоением территории;

3)состав, сложение, криогенное строение и температуры мерз­ лых пород;

4)криогенные образования и различные инженерно-геологи­ ческие явления;

5) распространение и мощность таликовых зон, их природа и динамика развития, взаимодействие таликов с мерзлыми по­ родами;

6) подземные воды (надмерзлотные, межмерзлотные и под­ мерзлотные) и их взаимодействие между собой, мерзлотно-гидро­ геологическая зональность.

Для исследований в каждом из перечисленных направлений используются различные методы и приемы:маршруты и визуаль­ ное описание обнажений шурфовки и буровые работы, геофизи­ ческие работы, в том числе каротаж и термокаротаж, режимные наблюдения, повторные инструментальные привязки отдельных точек и блоков (например оползневых), дешифрирование аэро­ фотоснимков и фотографирование объектов наблюдений, отбор проб на различные виды анализов, геоботанические наблюдения. Методика проведения этих исследований изложена в упоминав­ шихся руководствах и инструкциях, что позволяет остановиться на них лишь в самых общих чертах.

И з у ч е н и е д е я т е л ь н о г о с л о я представляет ин­ терес для определения формирования температур мерзлых пород,

икрутизна склонов, состав и сложение почв и пород, характер растительности и снежного покрова и т. п.) на формирование температурного п влажностного режима почв и пород деятель­ ного слоя;

в) криогенное строение деятельного слоя, характер льдистости

иее распределение по разрезу;

г) распространение и режим надмерзлотных вод, взаимосвязь с другими типами подземных вод, условия питания и разгрузки.

Как видно из перечисления вопросов, исследование динамики промерзания п протаивания деятельного слоя должно произво­ диться как режимными методами (ход промерзания и протаи­ вания), так и маршрутными, а также путем шурфования. Даль­ нейшая обработка материалов и приведение данных по глубинам протаивания, полученных на маршрутах в различные сроки, к максимальным за весь летний период производится либо рас­ четными методами (см. гл. IV), либо путем выведения соответ­ ствующих эмпирических зависимостей вариационно-статисти­ ческими методами. Например, общее представление о мощности деятельного слоя и динамике его развития до начала промерзания

264

хорошо иллюстрируется распределением точек в системе коорди­ нат время наблюдения — мощность талого слоя. Верхняя огибающая характеризует протаивание деятельного слоя боль­ шой мощности (обычно хорошо фильтрующие породы), нижняя огибающая — деятельного слоя малой мощности (обычно тонко­ дисперсные отложения с моховым покровом). Выделение точек со сходными литолого-почвенными комплексами позволяет зна­ чительно детализировать общую картину.

Исследование подземных вод деятельного слоя можно прово­ дить только в теплый период года, желательно после выпадения дождей, когда надмерзлотный водоносный горизонт обладает наибольшей мощностью и результаты откачек дают более досто­ верную характеристику водных свойств пород деятельного слоя. Эти наблюдения должны дополняться изучением режима надмерзлотного водоносного горизонта, включая исследование хи­ мического состава вод и их минерализации.

Необходимость широкой интерполяции данных, полученных на ключевых участках, на всю площадь съемки требует особой тщательности в расшифровке аэрофотоснимков, поисках типич­ ных дешифровочных признаков, выборе опорных разрезов для детальных исследований и перенесении полученных результатов

и тенденция развития во времени — важнейшие элементы мерз­ лотных исследований общего плана. Конечным итогом исследова­ ния ключевых участков в этом направлении может быть:

а) установление природы и закономерностей развития мерз­ лых пород и таликовых зон в связи с широким комплексом при­ родных факторов, в частности с водоемами и водотоками, про­ цессами инфильтрации и инсоляции, разгрузкой подземных вод по тектоническим зонам или в иных условиях, температурно­ влажностным режимом деятельного слоя и т. и.;

б) выявление этих закономерностей на аэрофотоматериалах и установление дешифровочных признаков мерзлых пород и та­ ликовых зон различного генезиса и положения в рельефе; в) определение взаимосвязей между температурами горных пород на границе слоя годовых колебаний, величиной геотермического градиента в пределах мерзлой зоны и криолитозоны, строением поверхности, в том числе рельефом, характером растительности и почвенного покрова, экспозицией склонов, их увлажнением

и т. п.

Все эти вопросы можно решить в результате проведения комп-* лексных полевых работ, включающих бурение глубоких парамет­ рических скважин и мелких скважин на глубину слоя годовых колебаний температуры, производство каротажа, геоботанические и геофизические исследования. Большая роль отводится изме­

265