Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

включая и режимные наблюдения годового или многолетнего цикла. Таким образом, сама направленность мерзлотных иссле­ дований во многом определяется как природными факторами — характером природных комплексов, так и направлением инженер­ ного освоения территории. Между тем методика мерзлотных ис­ следований разработана преимущественно для конкретных видов освоения территории, например строительства тех или иных сооружений, производства геокриологической съемки и т. п. Комплексное освоение крупных регионов требует разработки комплексной методики мерзлотных исследований, проведение которых было бы достаточно для выдачи соответствующих прог­ нозов. Следовательно, д а л ь н е й ш е е и з у ч е н и е р е ­ г и о н а л ь н ы х з а к о н о м е р н о с т е й р а з в и т и я м е р з л о й з о н ы н с о в е р ш е н с т в о в а н и е м е т о ­

д и к и э т и х и с с л е д о в а н и й — вот вторая задача мерз­ лотоведов, решение которой также будет способствовать успеш­ ному освоению территории мерзлой зоны. Выше речь шла преи­ мущественно об уязвимости мерзлотных комплексов и задачах, связанных с их сохранением или рациональным изменением. Однако этим не исчерпывается роль мерзлотоведения в деле интенсификации производительных сил северных и восточных районов.

Далеко не закончено изучение мерзлых грунтов как оснований сооружений и разработка рациональных методов строительства с учетом всех особенностей мерзлотного комплекса, влияющих на сооружения. Опыт строительства и анализ эксплуатации раз­ личных зданий и инженерных сооружений свидетельствуют о том, что на территории Восточной Сибири на любые конструкции много­ кратно усиливается воздействие таких факторов, как континентальность климата, предельная для земного шара амплитуда колебания температур на поверхности земли, достигающая 100° (от —60 до +40°), морозное выветривание, высокая агрессивность подземных вод деятельного слоя, возрастающая в процессе эксплу­ атации из-за повышения минерализацпи, вызванного процессами криогенной метаморфизации.

но с полным основанием говорить, что предварительная мерзлотно-гидрогеологическая разведка — неотъемлемая часть исследований по оценке перспектив любого месторождения, а не только россыпей, где она применялась наиболее широко. Опыт эксплуатации угольных месторождений, особенно выходящих за пределы мерзлой зоны, говорит о том, что притоки подземных вод начинаются уже при отрицательных, близких к 0° температу­ рах пород, чему способствует нарушение их монолитности в ре­ зультате отпалки и работ различных механизмов. Значительные трудности возникают при отработке глубокозалегающих россып-

283

них месторождений, залегающих в водоносных таликах. Задача мерзлотоведа в этом случае заключается в поисках методов искус­ ственного промораживания россыпи с одновременным ее дренирова­ нием. И наоборот, для каждой россыпи, разрабатываемой с поверх­ ности и сложенной мерзлыми породами, необходимо мерзлотно­ гидрогеологическое обоснование рационального комплекса ме­ роприятий по их протаиванию, по созданию искусственных во­ доносных таликов.

Широкие комплексы мерзлотных исследований, включающие теплобалансовые, гидрохимические, инженерно-геологические и

ляющейся одним из радикальных средств повышения урожай­ ности сенокосных и различных сельскохозяйственных культур. Каково будет изменение водно-теплового и солевого баланса, глубин протаивания и промерзания, дренажа поверхности, раз­ вития в связи с этим термокарстовых явлений, термоэрозии и солифлюкции — вот далеко не полный перечень вопросов, на которые должен ответить мерзлотовед, прежде чем выработать совместно с инженерами-мелиораторами комплекс рациональных инже­ нерных мероприятий, обеспечивающих ввод в эксплуатацию мелиорируемых земель.

Специфический комплекс вопросов приходится решать мерз- лотоведам-гидрогеологам в связи с организацией водоснабжения на территории мерзлой зоны. Не только поиски и разведка под­ земных вод осложняются здесь широким развитием мерзлых пород и перемерзанием наиболее близких к поверхности водоносных комплексов, но и эксплуатация водозаборных сооружений в ус­ ловиях низких отрицательных температур горных пород и воздуха представляет значительные трудности и требует, как правило, разработки специальных мероприятш"! по предотвращению их перемерзания или истощения ресурсов подземных вод в зимнее время.

Решением перечисленных вопросов далеко не ограничивается круг задач, с которыми сталкивается мерзлотоведение в повсе­ дневной практике освоения территории мерзлой зоны. Значительно более сложные проблемы возникнут в будущем.

Перспективы развития мерзлотоведения можно представить исходя из темпов освоения западных районов Сибири, для которых характерно резкое расширение масштабов и интенсификация процессов производства. Это придает перечисленным ниже зада­ чам массовый характер, и поиск их оптимальных решений при­ обретает особо важное значение.

Таким образом, чтобы наметить дальнейшие перспективы развития мерзлотоведения, необходимо исходить из направлений и характера развития на Севере промышленности, энергетики и других отраслей народного хозяйства. Эти направления и воз­

284

никающие перед мерзлотоведением проблемы представляются следующими.

Р а з в и т и е п р о и з в о д с т в , с в я з а н н ы х с в в о ­ д о м п в ы в о д о м ч е р е з м е р з л ы е т о л щ и б о л ь ­ ш и х п о т о к о в э н е р г и и и в е щ е с т в а : добыча по­ лезных ископаемых с температурой выше 0° — нефти, газа, подзем­ ных вод различной минерализации и состава, твердых полезных ископаемых с предварительным переводом их в раствор или га­

щ и х с я в ы д е л е н и е м б о л ь ш о г о к о л и ч е с т в а т е п л а в м е р з л ы х т о л щ а х или у нижней границы в результате экзотермических реакций, мероприятий по измене­ нию гидродинамического режима на данном участке (закачивание воды, взрывы и т. п.). С такого рода производствами связано фор­ мирование таликовых зон по периферии ствола скважин с соот­ ветствующими изменениями прочностных и фильтрационных свойств пород на всю мощность мерзлой зоны, изменение тепло­ вого режима отдельных участков мерзлых толщ и т. д. Исследо­ вание процесса и многосторонних последствий возникновения таких талых зон, прогноз поведения элементов конструкций сква­ жин и окружающих горных пород, особенно в том случае, если они представлены рыхлыми отложениями, под воздействием огромных потоков тепла и теплоносителя — таковы задачи мерз­ лотоведения.

В о в л е ч е н и е в п е р е р а б о т к у в с е б о л ь ш и х

ких и рассеянных компонентов, с непрерывным ростом скорости переработки. Повышение эффективности добычи полезных иско­ паемых должно достигаться, в частности,оптимизацией процесса разрушения мерзлых горных пород, их предварительной подго­ товкой на основе использования особенностей прочностных и дру­ гих свойств. Именно здесь должны сказать свое слово мерзлото­ веды, указав необходимые параметры температуры, давления, частоты воздействия рабочих органов машин или найдя принци­ пиально новые способы разработки мерзлых горных пород. К этой же области относится проблема диспергирования горных пород для их дальнейшего обогащения и ставшая уже традиционной проблема оттаивания больших объемов мерзлых рыхлых отложе­ ний и сохранения их в талом состоянии.

С о з д а н и е п о д з е м н ы х х р а н и л и щ и с о о р у ­ ж е н и й с р а з л и ч н ы м т е п л о в ы м р е ж и м о м: подземных сооружений с повышенной теплоотдачей (атомных и других энергетических установок); подземных хранилищ веществ с положительной температурой (например, магазинирование прес­ ных подземных вод, строительство овощехранилищ и пр.)‘, под­ земных хранилищ, работающих при отрицательной температуре.

285

Прогноз теплового режима такого рода сооружений и разра­ ботка рациональных приемов регулирования температуры среды в нужных пределах, равно как и установление самих этих преде­ лов, — вот далеко не полный перечень задач, которые предстоит решать мерзлотоведам в самом ближайшем будущем.

Так, надежное водоснабжение на громадной территории Тун­ гусского и всей северо-западной части Якутского артезианского бассейна, а также в пределах многих небольших артезианских структур Северо-Востока СССР возможно осуществить только путем магазшшрования поверхностных (речных) вод в подземных водохранилищах. Перемерзание рек зимой и соленые воды под­ мерзлотной толщи пород препятствуют иному решению этого важнейшего па сегодняшний день вопроса. Одпако непосред­ ственно под мерзлыми породами на указанной территории зале­ гают рассолы с отрицательной температурой, горизонты которых и следует оттеснить от линз пресной воды. Какова оптимальная температура закачиваемой воды, предотвращающая возможность ее замерзания, каково повышение температуры водовмещающнх пород и его последствия, каковы будут изменения температур воды и горных пород в результате многократного налива и от­

с в я з а н н ы х с н и м и в о д о х р а н и л и щ в р а й ­ о н а х р а с п р о с т р а н е н и я м е р з л ы х п о р о д , выдвигающее ряд проблем: прогноз, контроль и управление состоянием основания плотин и других крупных сооружений; прогноз скорости и глубины протаивания дна водохранилищ, масштабы и последствия фильтрации воды через оттаявшие по­ роды, разрушение берегов, сложенных мерзлыми породами; ха­ рактер и последствия изменений рельефа дна по мере протаива­ ния мерзлых пород и накопления осадков.

Следует оценить и реакцию мерзлой толщи па нагрузку вод­ ными массами, особенно при строительстве высоконапорных плотин. Опыт показывает, что наполнение крупных водохрани­ лищ сопровождается подземными толчками, балльность которых выше, если дно водохранилища сложено скальными породами. Возможно, это явление свойственно и области распространения мерзлых пород, поскольку даже рыхлые породы в мерзлом состоя­ нии обладают динамическим модулем упругости, близким к мо­ дулю талых скальных пород.

Несомненные трудности возникнут при возведении плотин и заполнении водохранилищ на мерзлых карбонатных породах, затронутых процессами древнего карста. Лед в открытых по­ лостях таких карстовых массивов при их подготовке к строи­ тельству может помешать надежной цементации основания пло­ тин и водослива. Последующее оттаивание льда приведет к ожив­ лению этих карстовых" полостей и интенсивной циркуляции по ним воды.

286