Сведений о распространении пластовых залежей подземных льдов в пределах аккумулятивных равнин северной Евразии - Печорской, Западно-Сибирской, Северо-Сибирской, Яно-Колымской, а также прибрежных низменностей Чукотки проявляется все больше в связи с возрастающим хозяйственным освоением и более детальным изучением. Мощность залежей достигает 40 м , протяженность нескольких сотен метров, возможно, первых километров. К настоящему времени сложились представления о двух главных способах формирования пластовых льдов: внутригрунтовое льдовыделение при промерзании отложений и захоронение глыб дислоцированного в процессе движения глетчерного льда. Внутригрунтовый способ предусматривает в свою очередь два возможных механизма льдообразования - инъекционный [Гасанов, 1982] и сегрегационный [Втюрина и Втюрин, 1970], существует также точка зрения о смешанном сегрегационно-инъекционном механизме образования залежей пластовых льдов [Дубиков, 1982]. Однако ни одна из этих гипотез, ни их комбинация не объясняют многие черты строения пластовых залежей, что служит основанием для жесткой критики представлений об их внутригрунтовом происхождении [Соломатин, 1986]. Действительно, если связывать образование залежей с инъекциями водных масс в мерзлые и промерзающие толщи, не получают удовлетворительного объяснения следующие факты: наличие во льду обломочных частиц, в том числе крупнообломочных, которые либо не могут переноситься водой, либо осели бы из нее на дно перед промерзанием; контакты льда и вмещающих пород не несут следов деформаций изгиба, нередко являются горизонтальными, а иногда имеют срезанный характер; трудно представить возможность инъекционных внедрений вод в толщи, находящиеся под большим давлением на глубинах 100 м и более, а пластовые льды известны и на таких глубинах. Последний факт является серьезным препятствием на пути признания и сегрегационной гипотезы, ибо, согласно ей, последовательно нарастающие шлиры льда должны были выжимать толщу вышележащих пород на равновеликую толщине залежи суммарную их мощность. С позиций сегрегационной гипотезы не находит объяснения часто наблюдаемый факт сложной дислоцированности льда залежей.

Трудности, возникающие в связи с концепциями инъекционного и сегрегационного механизма льдообразования, обусловили возрождение гипотезы реликтово-глетчерного происхождения пластовых залежей льдов [Каплянская и Тарноградский, 1978; Соломатин, 1986]. Гляциальная гипотеза привлекает простотой решения вопроса, но представляется, что простота эта скорее иллюзорная, уводящая от поисков истинной природы и механизма формирования залежей. С позиций гляциальной гипотезы не получают удовлетворительного решения многие вопросы и прежде всего генезис вмещающих залежи пород. Существуют убедительные и многочисленные данные, что вмещающие пластовые льды отложения являются водными, бассейновыми осадками - часто это слоистые пески, алевриты, содержащие морскую фауну моллюсков и фораминифер, морскую или пресноводную флору диатомей; в других случаях - это суглинки монолитные или со слабо выраженной слоистостью, содержащие крупные каменные включения, но наряду с ними - остатки морской фауны, характерный комплекс рассеянных аутигенных минералов и конкреций, легкорастворимых солей, характерных для морских условий осадконакопления [Данилов, 1978].

Анализ материалов по строению, условиям залегания пластовых льдов, составу и строению вмещающих их пород дает основание для следующих заключений. Пластовые залежи подземных льдов в пределах аккумулятивных равнин северной Евразии парагенетически связаны с водными, преимущественно бассейновыми осадками: озерными, лагунными, ледово-морскими, реже - ваттово-лайдовыми, аллювиально-дельтовыми. Пластовые льды - это гетерогенные образования, единого механизма их формирования не существует. Различия в механизмах процесса определяются в первую очередь способом образования, т.е. генезисом вмещающих отложений, их литологическим составом. Высказанные теоретические положения обосновываются ниже.

Пластовые залежи в ледово-морских отложениях тонкодисперсного состава. Достаточно определенно было установлено ранее, что пластовые залежи в толщах ледово-морских глин и суглинков имеют конседиментационную природу [Данилов, 1980; 1986], т.е. их формирование происходило в процессе накопления отложений в условиях дна водоемов. Предполагалось, в частности, что это захороненные скопления донного льда. Теперь становится очевидным, что они возникают в толщах отрицательнотемпературных засоленных донных осадков в ходе их криодиагенетического преобразования, иными словами, пластовые льды в ледово-морских отложениях - специфический продукт криогенного диагенеза осадков на дне морских водоемов Установлено, что на большей части полярных шельфов придонные воды и донные осадки имеют отрицательную температуру преимущественно в диапазоне -1,5 - -1,7° С [Данилов и Жигарев, 1977]. Мощность толщ донных осадков с указанной температурой в приповерхностной части, по аналогии с прибрежными районами суши, может достигать 100- 150 м и более. В то же время известно, что примерно 1/16 часть полного стока пресных вод с суши в океан осуществляется в виде подземного стока. Не являются исключением, безусловно, и полярные районы. Пресные воды суши в условиях криолитозоны могут поступать в море по сквозным таликам вдоль русел крупных рек, по зонам тектонических нарушений, в виде межмерзлотных и подмерзлотных вод. Это должно приводить и приводит к разгрузке части подземных вод суши в толщи отрицательнотемпературных донных осадков. Естественно, что, попадая в поле отрицательных температур, пресные воды замерзают, превращаясь в лед. Поставленным в природных условиях экспериментом в этом плане оказалось бурение в Антарктиде американской скважины на шельфовом леднике Росса. При заполнении пробуренной скважины пресной водой подо льдом в морской воде с отрицательной температурой образовался слой пресного льда, который прирос к нижней поверхности шельфового ледника. В естественных обстановках скорость замерзания, например, на подошве шельфового ледника Эймери в его тыловой части за счет поступления пресной воды из-под ледникового покрова с суши достигает 2,4 м в год [Зотиков, 1982].

Близкая картина, по-видимому, имеет место в прибрежной зоне полярных морей. Примером может служить ситуация в юго-восточной части Карского моря. Поступающие сюда теплые пресные, а потому легкие Обь-Енисейские воды распресняют морские и образуют приповерхностный слой с температурой около 6° С толщиной около 10- 15 м . Ниже их находятся более тяжелые, более соленые морские воды с отрицательной температурой. Нет сомнения, что под такими крупными реками как Обь и Енисей осуществляется мощный подрусловой подземный сток, включая акватории Обской губы и Енисейского залива. Весьма вероятно, что в плейстоцене поступление пресных вод в морские донные осадки было связано, как и в настоящее время в Антарктиде, с подледным стоком с суши. В соответствии с представлениями А.И. Воейкова, П.А. Кропоткина и в их развитие, имеются основания считать, что трансгрессии Полярного бассейна в пределы Печорской, севера Западно-Сибирской низменностей, а также прибрежных низменностей Северо-Востока СССР, приводили к активизации ледников в горах Полярного Урала, плато Путорана, на арктических островах, в горах и нагорьях Северо-Востока Сибири [Данилов, 1982]. Выводные долинные ледники спускались к подножиям гор и местами внедрялись в прибрежную зону моря, в том числе и в области развития отрицательных температур в придонных слоях вод и осадков. Подледные ультрапресные воды, оказавшись в поле отрицательных температур, замерзали.

Часть пресных подземных вод, поступая в неуплотненные донные морские осадки, постепенно осолонялась и оставалась в жидкой фазе, несмотря на отрицательную температуру. Но если постепенного смешения не происходило, осуществлялся фазовый переход воды в лед. Этому способствовало известное диагенетическое обезвоживание и уплотнение донных осадков перед поступлением в них пресных вод. Они в этом случае внедрялись в вязко-пластические грунты, формируя линзы и пласты пресного и ультрапресного льда. От сочетания степени литификации осадков и напора внедряющихся в них подземных вод зависит строение и структурно-текстурные особенности льда залежей в ледово-морских толщах: наличие чистого монолитного льда; льда, включающего уплотненные комочки - ксенолиты подстилающих или окружающих его осадков; льдо-грунтовых смесей; различная степень деформированности залежей или ее отсутствие. Но во всех случаях общим, объединяющим признаком залежей и вмещающих пород является их тесная взаимосвязь, они составляют друг с другом как бы единое целое. При формировании залежей указанным способом лед может ассимилировать содержавшиеся в донных осадках крупные обломки, остатки морской фауны и флоры.

Вышеизложенное иллюстрируется следующим конкретным примером. Характерным типоморфным разрезом дислоцированных залежей подземных льдов, образование которых происходило в донных условиях морского водоема в процессе осадконакопления, на разных его стадиях является разрез в верхнем течении р. Юрибей в центральной части п-ва Ямал [Данилов, 1980; 1986]. Вскрывающаяся здесь сложно построенная ледяная структура (рис. 1) состоит из следующих модификаций льда: относительно чистый, в небольшой степени обогащенный обломочными частицами (около 10-20% объема породы) лед, обладающий при таянии ячеистой поверхностью; весьма обогащенный обломочными частицами лед (около 20-30% объема породы), обладающий при таянии полосчато-ячеистой поверхностью, и полосчатый лед, вернее ледогрунт, очень сильно обогащенный обломочными частицами (примерно 40-50% объема породы). Грунтовая составляющая льда - алевритистая глина темно-серого цвета, насыщенная тонкорассеянным, активно разлагающимся после оттаивания органическим веществом, о чем говорит сильный запах сероводорода. Наряду с тонкодисперсным материалом, в лед включены крупные каменные обломки размером 0,1- 0,2 м в поперечнике, а также раковины морских моллюсков - Macoma calcarea (Gmelin), Astarte (Tridonta) borealis (Schumacher), Neptunea sp. - и фораминифер. Таким образом очевидно, что ледяная структура возникла в морских глинистых илах, накапливавшихся в условиях ледовитого водоема, на дно которого поступали вытаивавшие из плавучих льдов каменные обломки.  

Перекрыта залежь прибрежно-морскими ленточнослоистыми алевритами, сложно пликативно дислоцированными. Переход ледогрунтов залежи в вышележащие алевриты очень постепенный, что свидетельствует о формировании тех и других в едином водоеме: алевритистые глины отражают относительно глубоководную фазу его развития, алевриты - начало фазы обмеления. Водоем был на протяжении всего времени осадконакопления морским, воды его солеными, о чем говорят близкие комплексы фораминифер во всех типах отложений. Перекрывающие ледяную залежь алевриты смяты в лежачие складки оплывинно-оползневого типа, имеющие ярусное расположение по разрезу. Пликативно дислоцированные алевриты постепенно вверх переходят в аналогичные, но недислоцированные, залегающие горизонтально. Строение, характер залегания пород однозначно свидетельствуют о том, что сложно построенная ледяная структура и пликативные дислокации алевритов возникли в процессе накопления и преобразования неуплотненных, влагонасыщенных осадков в условиях морского дна, природа тех и других конседиментационная.

Формирование ледяной залежи происходило в глинистых илах на стадии их диагенеза, когда началось уже накопление вышележащих алевритов, поскольку нижняя их часть деформирована согласно кровле залежи. Донные илы на начальных этапах развития процесса находились в практически неуплотненном состоянии, и значительная часть их захватывалась новообразованным льдом. Затем, когда илы становились все более вязкими, пластичными, доля обломочных частиц во льду также уменьшалась, он становился более «чистым». Процесс формирования залежи завершился в донных условиях, когда накопление слоя ленточнослоистых алевритов еще продолжалось (верхняя часть его, имеющая ненарушенные горизонтальные условия залегания). Следовательно, ледяная залежь - донная структура и возникновение ее связано с внедрением водных масс в донные грунты и их замерзанием в поле отрицательных температур. Внедрявшиеся воды обладали напором, что обусловило сложную дислоцированность всей системы. По химическому составу воды были пресными, это определило и ультрапресный состав разных модификаций льдов залежи (табл.). Общая минерализация льда, обогащенного тонкодисперсным обломочным материалом, составляет 193,0 мг/г, а «чистого» льда - всего 37,0 мг/л. В химическом составе «грязного» льда резко преобладают бикарбонат-ионы, в «чистом» льду наравне с ними содержатся ионы хлора, в обоих случаях преобладают вычисленные по разности и выраженные суммарно катионы натрия и калия. В свете предлагаемого способа формирования залежей факт ультрапресного состава слагающего их льда, находящегося в толще ледово-морских тонкодисперсных отложений, получает удовлетворительную интерпретацию. Также удовлетворительно объясняется факт отсутствия выраженности пластовых и линзовидных залежей льдов в современном рельефе местности, и даже, как уже говорилось, в перекрывающих слоистых отложениях.

Поступление в отрицательнотемпературные неуплотненные донные илы пресных вод подземного стока может приводить к их частичному смешиванию с иловыми водами, распреснению последних и замерзанию при данных температурах. Результатом является образование ледогрунтовых тел, имеющих повышенную минерализацию хлоридно-натриевого типа, зафиксированные значения которой достигают 1187,1 мг/л [Дубиков, 1982]. При чередовании в разрезе толщ донных осадков прослоев полужидких и относительно уплотненных илов возможно формирование залежей, состоящих из чередования прослоев чистого льда и льда, обогащенного терригенным осадочным материалом. Процесс формирования залежей льдов в морских осадках за счет подземных вод суши не бесконечен во времени. Это прежде всего касается слабо напорных и безнапорных вод. Но и в случае выходов напорных вод на морском дне в ходе льдообразования осуществляется «закупорка» источников и их смещение в пространстве. По мере накопления донных осадков, их обычного и криогенного диагенетического уплотнения процесс формирования ледяных залежей прекращается. Поскольку они фиксируют палеоисточники пресных подземных вод на былом шельфе, не исключено, что они в то же время трассируют линии разрывных тектонических нарушений в осадочном чехле, в том числе и в толщах новейших позднекайнозойских отложений.

Таблица. Химический состав пластовых льдов в обнажении на р. Юрибей, п-ов Ямал

Ссылка на статью:

Данилов И.Д. Пластовые льды и субаквальный криолитогенез // Геокриологические исследования. М.: МГУ. 1989. С. 16-29.