Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ / Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Геотермические условия формирования и существования криолитозоны западной части Алданской антеклизы

Диссертация

Автор: Железняк, М. Н.

Заглавие: Геотермические условия формирования и существования криолитозоны западной части Алданской антеклизы

Справка об оригинале: Железняк, М. Н.. Геотермические условия формирования и существования криолитозоны западной части Алданской антеклизы : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 04.00.07 Якутск, 1994 237 c. : 61 95-4/57-8

Физическое описание: 237 стр.

Выходные данные: Якутск, 1994






Содержание:

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ
11 Местоположение
12 Орография, геология и гидрогеология
221 Лено-Алданское плато1?
222 Олекмо-Чарское плоскогорье
223 Становое нагорье
13 Климат
Глава 2 ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕРРИТОРИИ
Глава 3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИИ
31 Методы определения температуры и мощности многолетнемерзлых пород"
32 Методы определения внутриземного теплового потока
Глава 4 ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ
41 Природные факторы формирувщие температуру пород на подомве слоя годовых теплооборотов
42 Формирование мощности мерзлой толщи
Глава 5 ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
51 Лено-Алданское плато
52 Олекмо-Чарское плоскогорье
53 Становое нагорье
Глава б ОСОБЕННОСТИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ
КРИ0ЛИТ030НМ
61 Высотная поясность и миротная зональность
62 Тепловой поток и температурное поле горных пород глубоких горизонтов
63 Карта распространения и мощности многолетне-мерзлых пород

Введение:
Актуальность работы. С начала 1970 - х годов, в связи со строительством БАМа началось освоение, поиск и интенсивная разведка полезных ископаемых на территориях, прилегающих к железнодорожной магистрали. Были начаты разные стадии разведки: железных руд (Тарыннах, Сулумат), каменного угля (Апсат), меди(Ндокан, Чаруода, Чина), редких металов (Кату-гино), титано-магнетитовых руд (Чина), полудрагоценных камней (Мурун), апатитов (Укдуска), поисков нефти и газа (Бор-донская ,Курдарарская, Южно-Березовская), кроме того найдено множество различных рудопроявлений.
В настоящее время по Байкало-Амурской железодорожной магистрали осуществляются грузоперевозки, и в связи с этим преспективность развития этого региона возрастает.
Разведанные месторождения полезных ископаемых сосредоточены в толще многолетнемерзлых пород (ММП) и глубже. В результате этого изучение особенностей распространения мерзлоты и её параметров становится необходимостью. Незнание геокриологических особенностей территории, даже на стадиях разведки, несет значительные трудности и, как следствие, огромные материальные затраты, связанные с прокладкой дорог, проходкой и эксплуатацией штолен, оборудованием обсадными колоннами бурящихся скважин.
Несмотря на наличие публикаций и картографических изображений геокриологической обстановки рассматриваемой территории, общая изученность её остается неудовлетворительной, т.к. определение мощности ММП производится в основном косвенными методами, а температурные измерения в верхних горизонтах земной коры сосредоточены на отдельных локализованных участках. Оценка изменчивости геокриологических условий в горных областях и предгориях проводилась и проводится до настоящего времени по общим законам высотной поясности и жи-ротной зональности, хотя для каждого региона существуют специфичные климатические и геолого-геоморфологические особенности, которые формируют криолитозону горных областей и предгорий. Именно, исходя из этого, основное внимание в работе уделяется выявлению геокриологических особенностей.
Расмирение-народохозяйственной деятельности сопровождается повышением уровня техногенного воздействия на природную среду и в первую очередь это относится к такому важному компоненту, как сезонно и многолетнемерзлые породы (СИП и ММП). Процесс освоения территории, по ряду причин, влечет за собой активизацию криогенных процессов, что в конечном итоге приводит к усложнению и удорожанию строительства. В целях предотвращения или снижения негативных последствий необходимо иметь представление о современной геокриологической обстановке и её динамике после техногенного воздействия.
Предыдущие исследователи, анализируя климатические данные, используя отмеченные особенности распространения крио-литозоны для других горных областей, составляли геокриологические карты, отображающие субъективное представление на криолитозону рассматриваемой области. Ранее принималось, как доказанное только односторонняя зависимость: увеличение мощности мерзлых пород с понижением температуры. Однако анализ фактического материала / Балобаев, 1966,1978; Левченко, 1988/ показывает, что наибольмие мощности мерзлых пород обычно приурочены к зонам наименьшего внутриземного теплового потока, где горные породы представлены высокотеплопроводным материалом, а не к областям с минимальными температурани поверхности. Поскольку тепловой поток азонален, то азональной является в значительной степени и мощность мерзлых пород. В связи с этим встала необходимость по-новому подойти к изучению криолитозоны исследуемой территории и проанализировать современное состояние и параметры криолитозоны, опираясь на взаимосвязь температуры поверхности и внутриземно-го теплового потока.
Проведенные геотермические исследования, новизна подхода к изучению криолитозоны, сложной по своей орографии и геолого-тектоническому строению области, преспективность освоения территории, в связи с богатыми природными ресурсами и наличием существующей железнодорожной магистрали, обуславливает актуальность данной работы.
Цель и задачи работы. Основной целью работы являлось изучение температурного поля, и выявление с его помощью особенностей и закономерностей распространения многолетнемерз-лых пород в западной части Алданской антеклизы. Поставленная цель потребовала реиения следующих задач:
• проведение геотермических исследований в глубоких скважинах с целью получения параметров мерзлой толщи и характеристик подмер^лотных горизонтов.
• определение величины и характеристики внутриземного теплового потока:
• систематизации и обобщения имеющегося фактического материала:
• характеристики температурного поля земной коры до глубины 2 ООО м:
• изучения пространственного распространения ММП и построения мерзлотно-геотермических разрезов и карты мощности ММП западной части Алданской антеклизы.
Методика исследований и фактический материал. При решении поставленных задач нами использовался комплекс общепринятых методов, применяемых в региональной геокриологии /Полевые геокриологические исследования, 1961; Методика., 1979 и др./ и геотермии /Дучков, Соколова 1974; Череменский, 1977 и др./.
Исследования проводились традиционными методами. Содержание и методические приемы геокриологических исследований на ключевых участках определялись наличием горных выработок.
Геотермический метод являлся основным, который включал в себя как разовые, так и режимные наблюдения. При построении температурных полей и расчете температуры пород глубоких горизонтов нами использовались теплофизические свойства пород, определяемые в лаборатории геотермии непосредственно для данного участка.
Геоморфологический метод применялся при выявлении взаимосвязи мерзлотной обстановки с ландшафтными условиями, что позволило проанализировать геотермические данные с позиций геолого-геоморфологического строения каждого конкретного участка.
Для выявления таликов и их параметров в долинах и межгорных распадках нами использовался геофизический метод (ЗМПП), методика и особенности интерпритации которого изложены в работах Ю.ft.Нима / 1985, 1989/.
При составлении карты распространения и мощности ММП применялся метод ключевых участков, в основу которого заложен принцип геолого-географического подобия и распространения закономерностей геокриологической дифференциации.
При построении мерзлотно-геотермических разрезов за верхнее граничное условие принималась температура пород на
• 8 i подожве слоя годовых теплооборотов, за нижнее - внутризем-ный тепловой поток, теплофизические свойства разреза являлись свойствами среды.
В основу написания работы положены материалы многолетних региональных исследований автора на территории Алданской антеклизы с различным геолого-геоморфологическим строением. На ключевых участках (разведочных площадях) автором, в составе Южно-Якутского полевого отряда, начальником которого он являлся, и в качестве ответственного исполнителя по хоз. договорам 10/82; 23/83; 6/86;16/88; 17/88; 01/90 было проведено детальное изучение ММП.
Кроме результатов указанных исследований привлечены и проанализированы материалы из литературных и фондовых источ-ников. В общей сложности по региону обобщены данные по 910 выработкам. Непосредственно автором проведены замеры темпе ? ратур горных пород в 880 скважинах глубиной от 20 до 1500 м, в том числе в 450 скважинах глубиной более 150 м.
Приведенные в работе рисунки, таблицы в большинстве своем составлены диссертантом. В тех случаях, когда использованы данные других авторов, указана их принадлежность со Ссылкой на первоисточники.
Научная новизна. В основу написания работы положен современный подход к изучению криолитозоны, основанный на анализе региональных характеристик температуры пород, их те-плофизических свойств, внутриземного теплового потока и примененный к ранее слабоизученному региону.
Автором впервые получен фактический материал по температурному полю глубоких горизонтов ( до 1500 м) литосферы для рассматриваемой территории. Выполнены температурные измерения во всей толще многолетнемерзлых пород и в подмерз-1 лотных горизонтах на территории предгорий и высокогорий.
На основании фактического материала, полученного непос- " редственно прямым методом определения мерзлой толщи - геотермией, в работе показана тенденция изменения мощности НМП с севера на пг от предгорий до высокогорий.
Этот фактический материал систематизирован по геолого-геоморфологическому принципу, обобщен и проанализирован с геокриологической точки зрения, что дало возможность выявить новые особенности распространения НМП в исследуемом регионе.
Получена корреляционная зависимость мощности многолет-немерзлых пород от абсолютной высоты местности, для территории в целом, отдельных площадей и для идентичных элементов рельефа.
Выявлено наличие инверсии температуры пород в высокогорье, отмечающееся до превышений 300 м над долиной. Для некоторых площадей получены её количественные оценки.
Составлены мерзлотно-геотермические разрезы для отдельных площадей и территории в целом. Построение их производилось на ЭВМ в двухмерном поле, по параметрам, определенным непосредственно для исследуемой территории. То есть, оно представляется как объективно существующее поле при определенных граничных условиях и в соответствии с теорией теплофизики .
В работе впервые представлена схематическая карта тепловых потоков Алданской антеклизы масштаба 1 : 5 ООО ООО. Показано влияние внутриземного теплового потока и его пространственного перераспределения под воздействием тепловой неоднородности поверхности рельефа на глубину промерзания земной коры. Дана количественная оценка перераспределения теплового потока в системе долина-склон-водораздел.
На основании геотермических и геофизических исследований, выявлены критерии формирования сквозных и надмерзлотных таликов в долинах ручьев в высокогрье.
Результаты проведенных исследований позволили выявить и картографически отобразить в масштабе 1 : 1 ООО ООО основные закономерности геокриологической дифференциации в указанном регионе и выдвинуть следующие защищаемые положения, составляющие предмет защиты диссертации:
1. Установлены закономерности изменения мощности ММП с высотой для данного региона, при этом показана высокая степень связи высоты местности с мощностью мерзлоты для идентичных элементов рельефа.
2. Внутриземный тепловой поток в пределах рассматриваемой 2 территории изменяется от 31 до 48 мВт/м , при этом минимальные его значения отмечаются на Олекмо-Чарском плоскогорье Суч.Му-рун), максимальные - в Становом нагорье С уч.йпсат. Чина), что отражено на построенной карте тепловых потоков Алданской антеклизы.
3. При различных типах температурной геокриологической высотной поясности (океанической и континентальной) существует закономерность увеличения мощности мерзлых толщ с высотой местности, что связано с перераспределением теплового потока под воздействием расчлененности рельефа, которое во многом определяет особенности положения нижней границы ММП.
4. В пределах рассматриваемой территории развиты квазистационарные мерзлые толщи в широком диапазоне мощностей от 30 до 1200 м, приуроченные к скальным массивам региона, и два типа нестационарных мерзлых толщ; 1 - деградирующие мерзлые толщи большой ( до 500 м) мощности во впадинах байкальского типа (Чарская, Верхне-Токкинская); 2 - деградируюците мерзлы толщи мощностью от 100 до 240 м карбонатных массивов Лено-Алданского плато.
Практическое значение. Материалы и результаты, соста-вивиие основу работы, получены в процессе выполнения общесоюзной комплексной научно-технической проблемы 0.50.01. В 1981-1985 гг исследования выполнялись по теме 05.01.НИ " Разработать методы составления геотермической модели, построить геотермическую карту Северной Евразии масштаба 1 : 5 000 000" (Постановление ГШ Госплана СССР и АН СССР номер 516/272/74 от 29.12.81 г). В 1986 - 1988 гг работы велись в рамках темы 02.01.Н22 "Разработать геолого-геофизическую модель кондуктивного и конвективного выноса глубинного тепла в зонах региональных и локальных аномалий геотермического поля литосферы" (Постановление ГКНТ и АН СССР номер 537/137 от 10.11.85 г). Все материалы по этим работам после обобщения и сдачи головной организации считались внедренными.
С 1991 года работа проводится по Государственной научно-технической программе России "Глобальное изменение природной среды и климата". Направление 1 " Глобальное изменение природной среды". Проблема 1.1 "Геодинамика и эволюция глубинных процессов, как основа прогноза глобальных изменений" . Проект 1.1.26 " Геотермическое поле, климат и криоли-тозона".
Положение ключевых участков в пределах территорий с йреспективными месторошдениями полезных ископаемых определяет интерес к исследованиям геологоразведочных организаций. Результаты диссертационной работы были внедрены в Забайкальской геофизической экспедиции ПГ0 "Читагелогия" при подсчете запасов каменного угля по Апсатскому месторождению. В Удоканской геологоразведочной экспедиции ПГ0 "Читагеология" при подготовке материалов в ГКЗ по сдаче детальной и предварительной стадий разведки следующих месторождений полезных ископаемых: Вжно-Сулуматского (железорудного); Апсатского (каменноугольного); Катугинскогп (редких металлов); Чинейс-кого (титано-магнетитового). В Чаро-Токкинской экспедиции ПГО "Якутскгеология" при подготовке материалов в ГКЗ по сдаче детальной стадии разведки Тарыннахского железорудного месторождения и предварительной стадии разведки месторождения апатитов Нкдуска.
Работы были внедрены в гидрогеологических партиях Чаро-Токкинской и Здоканской экспедициях при подготовке мате-риалов по гидрогеологической съемке масжтаба 1 : 200 ООО.
Кроме того, материалы геокриологических исследований могут быть полезны для изыскателей, проектировщиков и строителей, работающих в данном регионе.
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации частично нашли свое отражение в 14 публикациях, в том числе 11 по теме диссертации и доложены: на Региональной конференции "Природа и хозяйство Сибири" (Якутск, 1977); HI конференции молодых ученых и специалистов, (Якутск, 1986); Региональных конференциях "Геокриологические проблемы Забайкалья" (Чита,1981; 1984); HI - ой Конференции молодых ученых и специалистов (Якутск, 1986); Конференции "Геотермия и её применение в региональных и поисково-разведочных исследованиях" (Свердловск,1989); 10 - ом Всесоюзном научно-техническом семинаре "Использование новых геофизических методов для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач" (Москва,1989); на расширенном заседании научного совета по криологии Земли (Пущино,1992).
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований с 1978 по 1993 годы на территории западной части Алданской антеклизы, полученные непосредственно автором, который являлся на протяжении всех зтих лет бессменным начальником полевого отряда.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем рукописи составляет 237 страниц, в том числе: текста - 143, иллюстраций - 69, таблиц 8, список использованной литературы - 180 наименований, приложения -3.