Содержание к диссертации
Введение
Криогенные образования в реконструкции геокриологической истории .
Проблемы, методические вопросы диагностики криогенных образований в отложениях и определение криогенного типа микростроения пород 14
Диагностическое значение криогенных и палеокриогенных образований в отложениях. Изученностью связей криогенных образований с условиями и процессами их формирования, дифференциации и сохранности в толщах. 16
Исследования микроморфологии мерзлых и протаявших пород и проблемы применения для реконструкции криолитозоны 25
Основные стадии развития криолитозоны, соотношение формирования геологических тел и процессов криогенеза..
Методика комплексной диагностики криогенных элементов микростроения в отложениях позднего кайнозоя 42
Представления об истории формирования криолитозоны в районах исследований, как основа анализа строения разреза опорных участков 42
Последовательность анализа и интерпретации микростроения отложений в отложениях позднего кайнозоя 50
Микроморфологическая характеристика отложений 53
Интерпретация микростроения отложений и достоверность выделения криогенных элементов микростроения из оттаявших монолитов
Признаки криогенеза в микроморфология четвертичных отложений криогенной области севера Сибирской платформы и Верхоянской горной системы . 79
Основные черты геологической и криогенной истории формирования останцов Приморской низменности и депрессий Верхоянской горной системы 79
Микростроение пород полигенетических отложений синкриогенных толщ 84
Микростроение пород диакриогенных толщ. 97
3.4. Микростроение талых и вторично эпигенетически промерзших полигенетических отложений таберальных образований 100
Глава 4. Признаки криогенеза в микроморфологии четвертичных отложений палеокриогенной области юга Сибирской платформы 109
4.1 Строение, палеокриогенные образования, генезис четвертичных отложений кайнозойских впадин и последовательность криогенных событий в палеокриогенной области на юге Сибири 111
4.2. Палеокриогенные образования, генезис и микростроение четвертичных отложений Предсаянского прогиба Сибирской платформы \ \ 6
4.3. Палеокриогенные образования, генезис и микростроение четвертичных отложений придолинных склонов позднекайнозойской впадины Предбайкальского прогиба. 132
Глава 5. Реконструкция палеокриогенного строения погребенных толщ палеокригенной области Предбайкальского прогиба Сибирской платформы с применением микроморфологических признаков
криогенеза в четвертичных и палеоген- неогеновых отложениях 144
5.1. Геологическое строение Булусинской впадины Предбайкальского краевого прогиба палеокриогенная и фациально-генетические типы отложений 144
5.2. Микроморфологическая характеристика, элементы микростроения четвертичных и плиоцен-четвертичных аллювиальных, делювиальных отложений 157
5.3. Микроморфологические особенности и признаки преобразования эпигенетическими криогенными процессами отложений палеогена, неогена 167
5.4. Реконструкции строения и истории формирования толщ палеокриогенной области на юге Сибирской платформы с применением микроморфологической характеристики пород 173
Заключение 177
Список
литературы 186
- Проблемы, методические вопросы диагностики криогенных образований в отложениях и определение криогенного типа микростроения пород
- Представления об истории формирования криолитозоны в районах исследований, как основа анализа строения разреза опорных участков
- Основные черты геологической и криогенной истории формирования останцов Приморской низменности и депрессий Верхоянской горной системы
- Строение, палеокриогенные образования, генезис четвертичных отложений кайнозойских впадин и последовательность криогенных событий в палеокриогенной области на юге Сибири
Введение к работе
Работа посвящена проблемам диагностики криогенных образований в толщах позднего кайнозоя для реконструкции истории формирования, деградации и аградации криолитозоны в современной криогенной и палеокриогенной областях Восточной Сибири. В общепринятом значении криогенные образования - следствие криогенеза. История развития многолетнемерзлых толщ (ММТ) - их протаивание и промерзание под воздействием глобальных колебаний климата на фоне изменения геологического режима и физико-географического обстановок регионов, проявляется в изменениях криогенных процессов и условий, смене ландшафтно-фациальных обстановок осадконакопления и денудации. События криогенной истории фиксируются в стратиграфической последовательности толщ позднего кайнозоя в виде синхронных или наложенных криогенных образований.
В настоящее время, как прямые индикаторы изменения криогенных процессов и условий в разрезах отложений используются: синкриогенный и эпикриогенныи тип строения толщ, полигональные системы ледяных жил и псевдоморфоз, залежи подземных льдов, криогенные и посткриогенные текстуры, бугры пучения, солифлюкция. Для нахождения прямых криоиндикаторов нужны крупные, доступные для изучения обнажения, с наиболее полной стратиграфической последовательностью и сохранностью криогенных образований. Но даже в таких объектах исследований, интерпретация криогенной природы явлений часто вызывает многочисленные дискуссии. Они возникают в связи с фрагментарной сохранностью криогенных образований и вмещающих их отложений; с фациально-генетической пестротой, прерывистым распространением, колебаниями мощности субаэральных толщ и изменчивостью их криогенного и посткриогенного строения. Кроме того, криогенные образования прошлого изменялись под воздействием современных и голоценовых природных процессов. Погребенные толщи сохраняют больше следов воздействия природных процессов, в меньшей степени преобразованы современными и голоценовым изменениями, но непосредственному наблюдению доступны только фрагменты криогенных образований, видимые в керне. Для определения типов криогенного строения по керну - малоразмерным фрагментам толщ, используется накопленный опыт о взаимосвязях различных криогенных образований, их элементов и ассоциаций с вмещающими породами, данные об условиях и процессах вызывающих их формирование и разнообразие. Для литологических и мерзлотно-фациальных корреляций криогенных образований в обнажениях и их элементов керне скважин необходимо выявить дополнительное связующее звено -микроморфологические признаки активного долговременного участия криогенных процессов в формировании отложений.
Криогенные образования, следствие криогенеза и результат воздействия различных процессов связанных с фазовыми переходами вода- лед, лед-газ. Они выделяются как элементы строения пород, слоев, генетических разновидностей отложений, геологических тел, формаций и стратиграфических последовательностей, фиксируют события геокриологической истории (Романовский, 1993, Конищев, 1997, Мельников, Спесивцев, 2000) в виде: включений льда, криогенных текстур мерзлых пород, типов криогенного строения толщ, различных типов подземных льдов, распространения и типов криогенного строения многолетнемерзлых толщ в верхней части земной коры, характеризующих ход аградации криолитозоны; посткриогенных текстур талых и мерзлых пород, палеокриогенного строения отложений, повторно-жильных структур и псевдоморфоз, деформаций связанных с вытаиванием ледяных включений, геолого-географических параметров палеокриогенных областей, характеризующих ход деградации криолитозоны.
Соответственно, стратифицированная последовательность криогенных и палеокриогенных образований в разрезах отложений, служит основой для реконструкции криогенного строения, ритмики криогенных процессов, смены криогенных процессов и условий, отражающих потепления, похолодания, увлажнения и иссушения климата в геологическом времени. Закономерности формирования особенностей природной среды, связанные с промерзанием и протаиванием пород, периодическим или длительным существованием отрицательных температур, объединяемые наиболее широко применяемым понятием криогенез. Н.Н. Романовский (1993) определяет «криогенез — это комплекс процессов и явлений, происходящих в верхних горизонтах литосферы, как в сформировавшихся породах различного состава и возраста, так и в накапливающихся осадках, вызванных их промерзанием и протаиванием, охлаждением и нагреванием, изменением давления. Этот комплекс процессов включает в себя: фазовые превращения вода=лед=пар, (вода+газ)=гидраты газов=(газ+лед); образование и разрушение кристаллогидратов солей; миграцию газов и флюидов, изменения их состава, свойств, строения, состояния и распределения в литосфере. Криогенез объединяет комплекс криогенных процессов (криогенные пучение и растрескивание, солифлюкцию, термокарстовые просадки и др.), которые служат причиной формирования криогенных явлений (образований) и криогенного микрорельефа». Криогенез включает криогенные условия, процессы и явления, возникающие в слое сезонного оттаивания и промерзания. Криогенез литосферы и обусловленное им формирование многолетней криолитозоны, криогенных процессов и явлений в земной коре — явление геоисторическое, характерное для всех холодных этапов истории развития Земли (Ершов, 1990).
Близкое значение имеет криолитогенез - совокупность всех процессов литогенеза «в зонах устойчивого охлаждения Земли, формирующие комплекс мерзлых и сопутствующих им пород и форм рельефа» (Региональная криолитология, 1989), т.е. как совокупность седиментационных, раннедиагенетических, почвенных и криогенных процессов синхронных или асинхронных в геологическом понимании накоплению толщ. Вслед за Н.М. Страховым (1962) криолитогенез понимается как вся совокупность стадийно проявляющихся процессов выветривания, мобилизации, транспортировки, осаждения вещества, раннедиагенетического преобразования осадков в отложения, отложений в породы протекающих в криогенных условиях. Иногда термин применяется в связи с акцентом на литологические объекты и методы исследований, при генетической типизации, определении фациальных условий обстановки, истории формирования толщ и их литологических особенностей вызванных воздействием криогенных процессов. С процессами криолитогенеза связано определение криолитогенных отложений (Катасонов, 1962, 1968), как отложений сформированных в области распространения ММТ.
Криогенез, связанный с многолетними колебаниями температур, захватывает верхнюю часть земной коры, сопровождает накопление, преобразование и диагенез мерзлых и талых толщ, оставляет разнообразные следы воздействия в геологической последовательности отложений - в разрезах. В многолетнемерзлых толщах выявление криогенных образований не вызывает сомнений, особенно в обнажениях хорошо доступных для исследований. Дискуссии идут в основном о том - когда образовались, какие механизмы и условия являются ведущими, насколько и как меняются криогенные образования, с какими криогенным процессами или условиями связаны сопряженные изменения вмещающих пород. В области распространения ММТ, геологические разрезы хранят всю совокупность изменений пород и толщ: полигенетические ледовые комплексы объединяют разновозрастные горизонты, как связанные со стадиями деградации, аградации ММТ, обусловленные чередованием потеплений и похолоданий, так и региональными, локальными изменениями режимов аккумуляции и денудации, ландшафтной обстановки; в эпигенетически промерзавших толщах выделяются современные и реликтовые части, посткриогенные образования предшествующих стадий сингенетического или эпигенетического промерзания и/или оттаивания, не связанного с последним голоценовым потеплением и т.д.
Сложней обосновать криогенную природу образований в толщах палеокриолитозоны, особенно в зонах воздействия современных сезонных процессов протаивания и промерзания. В погребенных четвертичных толщах по фрагменту видимому в керне трудно установить целое образование и всю совокупность криогенных образований, провести их типизацию. Определение синхронности накопления отложений и криогенных образований проводится по комплексу признаков: посткриогенным образованиям, сменам флоры и фауны, минералам индикаторам палеотемператур и др., а неполнота этих сведений вызывает наибольшие дискуссии при интерпретации происхождения наблюдаемых образований, деформаций как результатов воздействий процессов в прошлом. Часто наблюдаемое в обнажениях вблизи поверхности разнообразие следов криогенных воздействий на отложения связывается только с современными климатическими условиями и физико-географической обстановкой. При этом утрачивается информация для реконструкции геокриологической истории, упрощаются представления об изменениях геоэкологической обстановки, обусловленных процессами криогенеза, которые отражаются на всех компонентах Природной обстановки: на осадках, биоте, почвах, в рельефе, ландшафтах, режимах водоемов и подземных вод и др.
Теоретической и методической основой изучения отложений палеокриолитозоны служат мерзлотно-фациальный и палеокриогенный анализ четвертичных отложений, и базовое положение криолитогенеза о необратимости изменений дисперсных отложений, почв, сохраняющихся в отложениях и рельефе после оттаивания ММТ. В.Н. Конищев (Региональная криолитология, 1989) показал, что палеокриогенный анализ включает: «1) изучение полигональной морфоскульптуры; 2) изучение клиновидных и других типов деформаций в разрезах; 3) идентификацию посткриогенных текстур; 4) анализ микроморфологических характеристик; 5) диагностику криогенной природы вещества дисперсных отложений и почв на основе дисперсности, минералогического и химического состава».
Микроморфологические признаки криогенеза это совокупность компонентов и организационных элементов породы, их устойчивые связи между собой, в формировании которых ведущее значение имели фазовые переходы вода-лед, установленные в шлифах и имеющие неразрывное единство с прямыми индикаторами процессов криогенеза в толщах.
Результаты микроморфологического анализа отложений в определении типа и стадий промерзания толщ используют редко. Препятствием их применения для реконструкции криогенного строения толщ является слабая разработанность методических вопросов: распространенности микроморфологических криогенных признаков в отложениях различного генезиса и разных физико-географических обстановках; сохранности криогенных признаков в таберальных образованиях; выявления и определения криогенных признаков в керне и шлифах при наложении следов разных процессов; их диагностического значения.
В данной работе рассматриваются вопросы определения микроморфологических характеристик пород, как признаков процессов и типов криогенеза, применения микроморфологических признаков для реконструкции геокриологической истории толщ на основе выявленных закономерностей позднекайнозойского этапа криогенеза. Развиваются методы диагностики признаков криогенных процессов в керне скважин на основе анализа микроморфологических характеристик пород. На сравнительно-литологической основе проводится сопоставление материалов бурения с микроморфологическими особенностями многолетнемерзлых сикриогенных и эпикриогенных отложений субаэральных и субаквальных толщ различного генезиса, полученных в обнажениях с прямыми признаками криогенных процессов. Доказывается, что микроморфологические признаки криогенеза отложений могут быть связующим звеном региональной корреляции криогенных, посткриогенных образований опорных обнажений и погребенных толщ, доступных изучению только в керне скважин, при проведении комплексных исследований.
Цель - выявить признаки воздействия криогенеза в микроморфологической характеристике пород различного генезиса, отображающие типы промерзания и изменения отложений в ходе деградации и аградации многолетнемерзлых толщ (ММТ).
Задачи.
Определить место криогенных особенностей микростроения пород остальных литологических признаков в систематике криогенных явлений. Обосновать связь криогенных микроморфологических характеристик пород с макро криогенными образованиями в обнажениях и керне, а также их диагностическое значение.
Разработать приемы выявления криогенных признаков в микроморфологической характеристике пород; выявить устойчивые взаимосвязи седиментационных, почвенных и криогенных элементов микростроения; оценить сохранность криогенного типа микростроения пород в шлифах из ненарушенных оттаявших монолитов; определить последовательность анализа разрезов.
Выявить распространенность, черты сходства и различия криогенных элементов микростроения пород в генетических разновидностях сезонно-талых, синкриогенных четвертичных толщ в различных физико-географических обстановках криолитозоны северо-востока Сибири; показать унаследованность элементов микростроения пород в талых и вторично эпигенетически промерзших таберальных образованиях.
Установить распространенность и сохранность криогенных микроморфологических признаков в четвертичных субаэральных отложениях палеокриогенной области на юге Сибири и сравнить с микростроением пород таберальных комплексов криогенной области.
Выявить микроморфологические признаки преобразования отложений олигоцена-миоцена и плиоцена в палеокриогенной области юга Сибири, а также в погребенных толщах, не подверженных воздействию современных криогенных процессов, и реконструировать палеокриогенное строение позднекайнозойских толщ.
Защищаемые положения. 1. Элементы криогенного микростроения пород и их типичные сочетания с седиментационными, почвенными, диагенетическими особенностями отложений, обусловленные процессами криогенеза, историей промерзания и протаивания толщ диагностируют ведущий процесс - многократные фазовые переходы вода-лед. Диагностика смены типов криогенного строения толщ в вертикальном разрезе, основанная на использовании микроморфологических признаков криогенеза в породах, в комплексном стадийном анализе, применима для реконструкции геокриологической истории.
В микроморфологии пород установлены сочетания седиментационных, почвенно-раннедиагенетических и криогенных элементов микростроения, не разделимые по геологическому времени образования. Эти совокупности сохраняются и достоверно выявляются в шлифах, изготовленных из оттаявших монолитов мерзлых пород из обнажений, керна погребенных мерзлых и талых толщ, а также неразрывно связаны с прямыми индикаторами процессов криогенеза в толщах и образуют синкриогенныи тип микростроения пород.
В криогенной области склоновые, пойменные, ложбинные, старичные, озерные и другие генетические разновидности четвертичных отложений синкриогенных и диакриогенных толщ обладают синкриогенным типом микростроения: устойчивым сочетанием седиментационных, почвенно-раннедиагенетических, криогенных элементов в породе. Различия синкриогенного типа микростроения связаны с дифференциацией региональных и мерзлотно-фациальных условий, физико-географических обстановок их сингенетического промерзания. Унаследованные черты микростроения пород синкриогенного типа, сохраняются в протаявших и вторично эпигенетически промерзших отложениях криогенной области, что позволяет на основе их распределения в разрезах, детализировать историю изменения криогенного строения толщ.
В палеокриогенной области в талых склоновых, пойменных, флювиальных четвертичных отложениях на юге Сибирской платформы, вместе с палекриоиндикаторами - псевдоморфозами, посткриогенными текстурами широко распространены реликты унаследованного синкриогенного типа микростроения пород, аналогичные элементам микростроения пород таберальных образований криогенной области.
В палеокриогенной области, в слабо литифицированных породах олигоцена - миоцена, нижнего плиоцена, с посткриогенными дайки и текстурами эпикриогенных толщ, отсутствует синкриогенныи тип микростроения четвертичных отложений; криогенные элементы микростроения, наложенные на седиментационные, диагенетические особенности погребенных толщ, фиксируют распределение посткриогенных текстур и максимальную глубину эпигенетического промерзания в четвертичное время. Различия типов криогенного микростроения четвертичных и нижнекайнозойских отложений в разрезах, позволяют реконструировать типы строения палеокриогенных толщ, последовательность событий связанных с сезонным промерзанием, аградацией и деградацией криогенных толщ за период до 3 млн. лет назад. Научная новизна.
Впервые показано, что микроморфологические особенности пород, обусловленные разными совокупностями и интенсивностью криогенных процессов при сингенетическом промерзании, цикличном сезонном промерзании-протаивании и эпигенетическом промерзании занимают определенное место в системе криогенных явлений, диагностируя ведущий процесс фазовых переходов вода-лед различной повторяемости.
Впервые доказано, что реликты синкриогенного типа микростроения субаэральных четвертичных отложений унаследовано сохраняются в породах таберальных талых и вторично эпигенетически промерзших образований и сопряжены с криоиндикаторами, т.е. являются признаком накопления отложений в условиях воздействия синхронных накоплению процессов криогенеза.
Впервые показано, что реликты синкриогенного типа микростроения сохраняются в талых четвертичных отложениях с палекриоиндикаторами -псевдоморфозами и посткриогенными текстурами, как в зонах обнажений, так и в погребенных толщах палеокриогенной области Восточной Сибири.
Впервые установлены особенности микростроения пород, связанные с однократным эпигенетическим промерзанием и протаиванием слабо литифицированных погребенных отложений олигоцена-миоцена, плиоцена, не подвергавшихся воздействию синхронных и современных криогенных процессов в деятельном слое и в зоне годовых колебаний температур.
Впервые показано диагностическое значение и методика применения микроморфологических признаков криогенеза в разрезах для реконструкции типов криогенного строения толщ, что позволяет детализировать геокриогенную историю современной криолитозоны и палеокриогенных областей при комплексных исследованиях природных условий прошлого.
На основе исследований литологии, геологического, криогенного и посткриогенного строения четвертичных и нижнекайнозойских толщ опорных участков криогенной и палеокриогенной областей Восточно-Сибирского региона показано широкое распространение криогенного типа микростроения в полигенетических синкриогенных, эпикриогенных палеокриогенных отложениях субаэральной формации. Обосновано применение микроморфологических криогенных признаков в комплексном палеоанализе для диагностики криогенных образований в погребенных толщах и реконструкции геокриологической истории в позднем кайнозое.
Проблемы, методические вопросы диагностики криогенных образований в отложениях и определение криогенного типа микростроения пород
Криогенные образования в верхней части земной коры и на поверхности -результат экзогенных криогенных и геологических процессов в верхней части земной коры и изменений природных условий на поверхности, специфика которых определяется фазовыми превращениями влаги в породах при их охлаждении и нагревании. Криогенные образования разнообразны по масштабам от криолитозоны до ледяных включений, средам - литосфера, гидросфера, биосфера, географическая среда, атмосфера и т.д., по длительности существования. Исследованиям криогенного строения мерзлых толщ, палеогеографическому значению криогенных образований в протаявших отложениях посвящены работы ведущих геокриологов, мерзлотоведов, криолитологов А.И. Попова, Е.М. Катасонова, И.Д. Данилова, В.Н. Конищева, Н.Н. Романовского, Г.Ф. Грависа, В.В. Баулина, Э.Д. Ершова, Т.Н. Каплиной Т.Н. Жестковой, Х.Г. Зигерт и др.
Криогенные образования в мерзлых и протаявших отложениях служили и служат основой для реконструкций палеогеографических обстановок четвертичного периода, для создания региональных и межрегиональных стратиграфических схем, корреляции климатических событий, что нашло отражение в геологических и археологических исследованиях, в работах М.Н. Алексеева (1961,1991), Э.И. Равского (1964), СМ. Цейтлина (1979), А.А. Величко (1973, 1991, 200), Архипова (1985) С.С. Осадчего (1982), В.Д. Маца (1986), Г А. Воробьевой, Г.И. Медведева (1984, 1985,1998), М.П. Аксенова, М.В. Шунькова (1982), М.Г. Гроссвальда, В.Б. Спектора (1990) и др. Они фиксируют события - изменения физико-географической обстановки: условий накопления или денудации, выветривания толщ, воздействие экзогенных геокриологических процессов на формировавшиеся отложения, вызванные глобальными климатическими колебаниями и региональными особенностями территорий.
Криогенными образованиями и/или явлениями называют разномасштабные выделения льда и связанные с ними деформации отложений, пород, слоев и формы рельефа поверхности. В широком понимании, к криогенным образованиям относят не только включения, деформации элементы и их ассоциации (совокупности) в многолетне- и сезонно-мерзлых толщах и на современной поверхности, но и возникающие в отложениях после вытаивания льда, связанные с погребенным рельефом поверхности. Существует и более узкое понимание, вполне оправданное при применении стадийного анализа, криогенные образования - объекты толщ и рельефа, обусловленные видимыми включениями льда, а для явлений в толщах и на элементах погребенного рельефа, оттаявших в естественных условиях, применяют название посткриогенные образования (Мельников, 2001, Мельников, Спесивцев, 2000).
Исследования криогенных образований в породах можно разделить на три группы:
1 - морфологические описание структурно-текстурных особенностей криогенных, посткриогенных образований и их взаимосвязей между собой, и с вмещающими толщами; криогенных образований разного масштаба криолитозоны, синкриогенных, эпикриогенных, диакриогенных толщ; подземных льдов - погребенных, инъекционных, сегрегационных; ледовых комплексов, термокарстовых комплексов, полигонально-жильных структур ледяных, ледогрунтовых, грунтовых, элементарных жил, криогенных текстур, бугров пучения, следов солифлюкции и др.;
2 - аналитические, включающие исследования гранулометрического и вещественного состава пород, в т.ч. обломочных и новообразованных компонентов; определения геохимических характеристик, изотопного состава пород, их компонентов; палинологические, фаунистические, микробиологические характеристики; содержания и состава газовых включений и др.;
З - экспериментальные физико-химическое моделирование процессов промерзания и оттаивания на искусственных и естественных образцах, определение морфологии криогенных образований и их изменения в зависимости от условий формирования: температуры, влажности, солености, состава пород и скоростей процессов.
В исследованиях криогенных образований существуют разные подходы. Широко распространены представления, что криогенные образования в многолетнемерзлых толщах (ММТ) и на поверхности, обусловлены, как правило, современными природными условиями, в том числе и геокриологическими: средней температурой пород, мощностью, влажностью (льдистостью) отложений, их свойствами и др, и контролируются в пространстве зональными, высотно-поясными климатическими и физико-географическими факторами. С другой стороны криогенные образования (и формировавшие их процессы, условия) обусловлены глобальными изменениями климата, палеогеографической обстановки, тектонического режима в геологическом прошлом.
Для исследования (закономерностей распространения, механизмов образования, свойств, разнообразия и прогноза) криогенных образований сезонно-талого и сезонно-мерзлого слоев, слоя годовых колебаний температур в эпикриогенных толщах криолитозоны бывает достаточно учета современных природных условий и процессов. Но уже большая часть криогенных образований слоя годовых колебаний температур являются совокупным результатом криогенных процессов прошлого, с наложенными изменениями за неопределенно долгий период потепления в голоцене.
Представления об истории формирования криолитозоны в районах исследований, как основа анализа строения разреза опорных участков
Во взглядах на историю формирования криолитозоны в этих регионов существуют разные представления. Начало многолетнего промерзания в северном полушарии, связанное с общим похолоданием климата в конце неогена более 2 -2,5 млн. лет назад, причем мерзлые толщи в горных областях могли образовываться раньше (Романовский 1993 , Романовский и др., 1997, 2002). Согласно одной группе представлений, криолитозона Сибирской платформы существует с конца неогена - и развивается непрерывно в гумидных, аридных условиях. Со среднего плейстоцена не протаивали эпикриогенные погребенные толщи Центральной Якутии, Лено-Вилюйского междуречья, Приморских низменностей, межгорных впадин Верхояно Колымской складчатой системы (Катасонов, 1975, Куницкий, 1989). По другим представлениям, происходило чередование периодов потепления и похолодания, сопоставляемых со стадиями покровного и горно-долинного континентального оледенения, шельфового оледенения, трансгрессиями и регрессиями моря на территории современного шельфа арктических море. В периоды резкого похолодания с аридным или гумидным климатом сартанское, зырянское, тазовское и самаровское время происходило нарастание мощности мерзлоты с формированием синкриогенных толщ. В крупные периоды относительного потепления (голоценовый, каргинский, казанцевский позднечетвертичные, ширтинский и тобольский - среднечетвертичные) происходила деградация мерзлоты, протаивание мерзлых толщ и накопление аласных отложений (Каплина,1988, Томирдиаро, 1982, 1984, 1987, Васильчук,1988). Последнее время получены многочисленные подтверждения чередования периодов похолодания и потепления в казанцевское, каргинское и голоценовое время, частичной деградации верхней части многолетнемерзлых пород в плиоцен-раннеплейстоценовое время на севере Сибири (Романовский, Хубертен и др. 1997, 2002, Слагода, 1989, 1993, 2004). Процессы деградации многолетнемерзлых толщ проявлялись неравномерно во времени и пространстве - на глубину и равномерность протаивания толщ на территории влияли не только различия физико-географических условий на севере, в центральной Сибири, но и первоначальная льдистость и мощность толщ, геолого-структурный, неотектонический и геотермический режимы территорий др. По последним данным, крупное похолодание на юге Сибири по палеоклиматической шкале оз. Байкал отмечается в интервале 2,7- 2,8 -3,1 млн. л. назад и не выходит за временные рамки позднего неогена (Карабанов, Прокопенко, Кузьмин и др., 2001, Кузьмин, Карабанов, Каваи и др., 2001).
Отложения палеокриогенной области были изучены на юге Сибирской платформы и приурочены к меридиональной области вдоль р. Ангары.
Палеокриогенные образования в регионе связанные с развитием и деградацией многолетней мерзлоты известны в отложениях плейстоцена (Логачев и др., 1964 Равский и др. 1964, Цейтлин, 1979). В связи с тем, что мощность мерзлоты для данного региона в плейстоцене ранее традиционно оценивалась не более чем в первые десятки метров, влияние эпигенетического промерзания на слабо литифицированные кайнозойские толщи впадин не изучалось (Баранов, 1989, Замараев, Адаменко, Кульчицкий и др., 1976). Для плейстоцена здесь известны этапы распространения мерзлоты, сингенетического роста ледяных жил и эпигенетического промерзания подстилающих толщ, соответствующие сартанскому, зырянскому, тазовскому и самаровскому похолоданиям. Потеплениям соответствуют горизонты почв, оттаивание мерзлоты, и полная деградация мерзлоты голоцене (Воробьева, Медведев, 1984, 1985, Каменный век южного Приангарья, 2001, Слагода,2004).
Большинство исследователей считает, что в геологической истории формирования толщ, общим фактором, определявшим специфику накопления и диагенетического преобразования аккумулятивных образований является последовательность криогенных событий в позднем кайнозое. В северных районах образование многолетней мерзлоты и процессы сезонного промерзания-оттаивания сопровождали накопление отложений с конца плиоцена. В палеокриогенной области на юге Сибирской платформы существование ММП большинством авторов связывается со средне- и позднечетвертичным временем, в миоцене и первой половине плиоцена существовали тропические и субтропические климатические условия, накопление отложений не сопровождалось синхронными даже сезонным промерзанием и протаиванием, т.е. толщи этого возраста частично или полностью промерзали в четвертичный период только эпигенетически.
Коротко остановимся на последовательности и принципах анализа строения многолетнемерзлых толщ, и методических вопросах исследований микроморфологических характеристик терригенных отложений криолитозоны. Типичные наборы микроморфологических характеристик пород установлены в разрезах опорных обнажений и по керну скважин. Комплексные исследования этих разрезов с определением фациально генетических и мерзлотно-фациальных типов отложений, распределения и морфологии криогенных образований Е.М. Катасонов, X. Зигерт, Е.Г. Катасонова (Строение и абсолютная..., 1979), Х.Г. Зигерт, О.А. Бабий (1999), М.С. Иванов (1972, 1984), В.В. Куницкий (1989), СЮ. Королев, (1987), В.А. Базылев (1989), Е.А. Слагода,(1989, 1993, 2000, 2001, 2004,) включали: 1) гранулометрический анализ отложений выполнялся по стандартной методике ГОСТ 12536А-7, с выделением фракций: галечная - крупная - 100 — 50, средняя 50-20; мелкая 20 -10; гравийная - 10-5 и 5-2; песчаные - грубая 2-1; крупная-1-0,5, средняя 0,5 - 0,25; мелкая 0,25 -0,1, тонкая 0,1-0,05; алевритовая - крупная 0,05-0,01, мелкая 0,01- 0,005; глинистая - менее 0,005 ММ (анализы выполнили Голдырева А.П., Аносова Л.Н, Перова С.Ф., Слагода Е.А.);
- определение гранулометрических характеристик типов пород: содержания фракций и сумм фракций по классам пород в %; Мд - средний размер зерен 50% содержания; С - максимальный размер зерен 1% содержания; S0-коэффициент сортировки (Рухин, 1969, 1976; Справочник..., 1983; Рейнек, Сингх, 1981);
- группировку отложений по гранулометрическому составу, по соотношению глинистых и алевритовых частиц и по сумме всех более крупных частиц; анализ кривых колебаний фракций разного размера, значений Мд и С, для выявления общих тенденций изменения крупности пород (нормальной-крупность закономерно уменьшается от подошвы к кровле слоя; регрессивной
- крупность пород увеличивается от подошвы к кровле), ритмичности и цикличности, их соотношения с границами размыва в разрезах, пачках и слоях (ритмичные - с одинаковой последовательностью залегания пород разной крупности; цикличные - единые по набору разновидностей и генезису толщи, которые начинаются и завершаются сходными породами или совокупностями слоев).
Основные черты геологической и криогенной истории формирования останцов Приморской низменности и депрессий Верхоянской горной системы
Для детализации истории формирования геокриологического строения разрезов криогенных толщ с применением микроморфологических признаков, были выявлены черты сходства и различия, типичность микростроения пород, проведено сравнение микроморфологических характеристик пород из обнажений и керна скважин, генетических разновидностей отложений, слагающих синкриогенные, диакриогенные, талые и эпикриогенные верхнечетвертичные толщи. Участки исследований включали: останцы Приморской низменности Быковский полуостров и остров Муостах; депрессия Приморского кряжа, примыкающая к этим останцам в районе р. Хорогор; междуречье Яна - Адыча в районе гряды Кисилях (Рис 3.1). Интерпретация результатов микростроения базировалась на установленных закономерностях формирования криогенного строения толщ этих районов.
В останцах Приморских низменностей и понижениях Приморского кряжа по криогенному строению и участвуют: отложения сезонно-талого слоя (СТС), голоценовые отложения с собственными системами ледяных жил в зонах аккумуляции, верхнечетвертичные отложения ледового комплекса (ЛК) и его эпигенетически промерзшие и талые таберальные образования, подстилающая плиоцен - нижне- (и средне?) четвертичная эпикриогенная и талая слабо литифицированные толщи, эпикриогенные скальные породы Верхоянского комплекса (Геология ЯАССР, 1981, Региональная криолитология, 1989, Геокриологическая карта СССР, 1991).
Различия криогенного строения и генетические типы отложений позднего плейстоцена, обусловлены историей их формирования и промерзания. В плиоцене - раннем и, возможно, в среднечетвертичном периоде на территории современной губы Буор-Хая моря Лаптевых преобладал режим континентальной аккумуляции в пределах краевой части наложенной кайнозойской впадины. В районе п-ва Быковский накапливался констративный аллювий - песчаные ритмично-слоистые отложения с линзами озерных глин и суглинков. К востоку, в районе о-ва Муостах, кроме констративного аллювия, в разрезе толщ установлены отложения флювиального, склонового ряда и мелководно-озерные отложения. Плиоценовые глины встречаются в наложенных впадинах Приморского кряжа к отложениям, к ним предположительно отнесены элювий и нижняя часть пролювиальных отложений депрессии, освоенной р. Хорогор (Геологическое строение СССР..., 1983, Романовский, 1993, 1997, Слагода, 1989, 2004). С казанцевским периодом плейстоцена связаны неравномерное протаивание и, предположительно, размыв льдистых среднеплейстоценовых синкриогенных отложений, части эпикриогенных толщ плиоцен-нижнего плейстоцена, вызванные не только относительным потеплением, но блоковыми разнонаправленными движения в переходной зоне от впадины к горному обрамлению. В конце казанцевского периода и на фоне зырянского похолодания, в районе п-ва Быковский, накопление русловых фаций сменилось накоплением старичного и пойменного аллювия; в районе о-ва Муостах продолжалось накопление чередовавшихся в разрезе аллювиальных пойменных, склоновых и озерных разностей. Они образовали нижний ярус ледового комплекса Приморской низменности. В депрессии р. Хорогор преобладали склоновые и озерные отложения. В это время происходило глубокое эпигенетическое промерзание подстилающих толщ и смыканием с кровлей реликтовой среднечетвертичной мерзлоты. Зырянский период характеризовался экстремально-холодными и влажными условиями, обеспечившими образование в пойменных отложениях крупных ледяных жил и поясковых, сетчатых базальных криогенных текстур. Накопление осадков в полигональных блоках сопровождалось заболачиванием, торфообразованием, что привело к чередованию в разрезах полигонов заторфованных, обогащенных корнями растений прослоев.
Общим для этих участков Приморской низменности и Приморского кряжа явилось формирование каргинских озерно-термокарстовых, болотных образований и неравномерное оттаивание с образованием таликов и термоденудация кровли ледового комплексов первой половины позднечетвертичного времени. Ландшафтно-фациальные, мерзлотно-фациальные условия и криогенные явления каргинского периода потепления связаны с процессами термокарста, термоденудации, термоэрозии межаласной поверхности. Они сопровождались остановкой роста ПЖЛ, неравномерным снижением кровли жил и поверхности многолетнемерзлых зырянских толщ, формированием наложенного сезонно-талого слоя на разновозрастных зырянских отложениях межаласной поверхности (запредельные радиоуглеродные датировки основания каргинского торфяного горизонта) и образованием верховых торфяников преимущественно каргинского - начала сартанского времени (Meyer, Derevviagin, Sigert, Hubberten, 2000, Schirrmeister, Sigert, Tumskoy, Kunitzky, 1999, Слагода, 2004).
С конца каргинского и в сартанское время на этих участках преобладал режим склоновой седиментации отложений ледовых комплексов и вторичное эпигенетическое промерзание таликов. Накопление и состав каргинско-сартанских отложений регулировались направлениями, положением источников сноса вдоль южного побережья Быковского полуострова и неровным термоденудационным рельефом подстилающей поверхности, который обусловил относительно раннее формирование ледового комплекса в котловинах и его отставание на возвышенностях. Увеличение крупности обломочного материала, перегибы жил и наклон горизонтов, свидетельствуют об активизации блоковых нисходящих и восходящих движений по зонам разломов в этом районе к концу сартанского периода. Вероятно, они привели к опусканию предгорных участков и к относительному поднятию Приморского кряжа на фоне трансгрессии моря Лаптевых, и к раннему заложению термокарстовых котловин в погруженных блоках (рис. 3.2, 3.3).
Строение, палеокриогенные образования, генезис четвертичных отложений кайнозойских впадин и последовательность криогенных событий в палеокриогенной области на юге Сибири
Четвертичные отложения палеокриогенной области, изученные в опорных разрезах «Мальта», «Георгиевское», «Сосновый Бор», «Иркутский Мост», «Игетей» сопоставлены по радиоуглеродным, палеомагнитным, литологическим, почвенным и археологическим данным, слагают разные части полигенетических шлейфов, включают отложения делювия, пролювия, конусов выноса, ложкового, пойменного и руслового аллювия, субаэральных дельт, флювиальных и эоловых отложений, почвы (рис. 4.2 и 4.3). Горизонты и слои отложений с разным наклоном залегают на погребенных склонах, субгоризонтально во впадинах и долинах пра-гидросети, имеют пестрый состав, частично, унаследованный от подстилающих пород, изменяющиеся мощности и фациально-генетические характеристики. В понижениях палеосклонов и во впадинах предгорных прогибов сохранились наиболее древние отложения первой половины среднего, нижнего плейстоцена -плиоцена (Каменный век южного Приангарья, 2001; Равский и др., 1964). Присутствие полигональных систем в четвертичных отложениях подтверждается широким распространением отпрепарированного на поверхности полигонального и погребенного палеотермокарстового рельефа, хорошо дешифрируемого на аэрофотоснимках разных лет.
Сопоставить палеоклиматические события субаэральных разрезов удалось, прежде всего, благодаря разработке Байкальской палеоклиматической шкалы по результатам глубоководного бурения, более дробной и детальной, чем региональные стратиграфические схемы.
Изменения в сторону похолодания зафиксированы по осадочной шкале начиная с 3,1 млн.л.н. в интервалах 3,1-3,0; 2,8-2,48; 1,83-1,45 млн.л.н., на протяжении позднего плиоцена - четвертичного периода установлено чередование криохронов и термохронов (более 20 пар теплых и холодных этапов), соответствующих наиболее полной палеоклиматической последовательности событий в Западной Сибири, крупный криохрон ярко выражен в начале четвертичного времени - 780 т.л.н. (Карабанов и др, 2001, Кузмин и др, 2001, Фотиев, 2004). Учитывая результаты многолетних исследований и палеомагнитное датирование разреза «Игетей», расположенного на р. Ангаре в устье р. Осы (Цейтлин, 1979; Бураков и др. 2001; Воробьева, Медведев, 1985; Стратиграфия, палеогеография и археология.., 1990) в разрезах были установлены распределения палеокриогенных образований, характеризующие неоднократную деградацию и аградацию верхней части мерзлых толщ. Привлечение палеомагнитных данных позволили согласовать стратифицированные горизонты палеокриогенных образований с колебаниями климата по Байкальской шкале. Палеомагнитные события хорошо совпадают с радиоуглеродными датировками, педологическими, археологическими данными в интервале 10 -120 тыс. л. т. н., включая горизонт казанцевских почв. Определение относительного геологического возраста нижних горизонтов, в основании разрезов остается в большей степени условным, и требует дополнительных исследований. Так, в основании разреза «Игетей» почвенный горизонт без видимых признаков криогенных преобразований, датирован интервалом 240-270 тыс.л.т.н. и сопоставляется с фазой потепления внутри самаровского гляциального периода среднего плейстоцена Байкальской шкалы. Но погрешность, возникающая за счет прямой экстраполяции скорости накопления верхнеплейстоценовых крупнообломочных осадков, на более древние тонкодисперсные со следами размывов слоев, оставляет возможность переоценки возраста нижних почв до раннего плейстоцена.
К настоящему времени, по работам предшественников и нашими исследованиями, в Прибайкалье существенно уточнена последовательность палеоклиматических и палеокриогенных событий, отражавшихся в строении четвертичных отложений, и представлена в виде схемы стратификации и соотношения палеокриогенных, палеоклиматических, седиментационных образований четвертичного периода (рис. 4.4, Слагода, Медведев, 2004).
Возможность образования мерзлых толщ и жильных льдов в регионе связывается с присутствием ярко выраженного криохрона - 780 тыс.л.н. Байкальской шкалы, что свидетельствует о вероятном проявлении криогенеза в раннем плейстоцене, но достоверные следы псевдоморфоз не установлены.
В среднем плейстоцене псевдоморфозы, посткриогенная отдельность пород установлены в склоновых отложениях платформенной части региона. Выявлены следы распространения жильных льдов и мерзлых толщ позднего самаровского, раннего и но аднего тазовского похолоданий.
