Геокриологическая съемка – основа геокриологического изучения

сезонной и многолетней криолитозоны.

Закономерности формирования геокриологических условий и их пространственная изменчивость обусловлены особенностями природной среды (геологическим и тектоническими строением, гидрогеологическими и теплофизическими условиями, ландшафтно-физической обстановкой и рельефом) и историей развития криолитозоны в кайнозое. Геокриологические условия в районах сезонной и многолетней криолитозоны изучают в результате проведения геокриологической съемки. Разработка принципиальных и методических положений последней связана с работами В.А.Кудрявцева.

Геокриологическая съемка, по его определению, представляет собой комплекс полевых, лабораторных и камеральных работ, имеющих целью: изучение закономерностей формирования и развития сезонно- и многолетнемерзлых горных пород и мерзлотных геокриологических процессов в зависимости от существующих природных условий, их изменений в плейстоцене и голоцене, а также в результате освоения территории; составление га этой основе геокриологических карт и геокриологического прогноза, а также разработку мероприятий по управлению мерзлотным процессом и охране природной среды.

Исходя из цели геокриологической съемки, определяются следующие задачи, основные на изучение:

1) закономерностей распространения сезонно- и многнлетнемерзлых пород и их прерывистости по площади в зависимости от изменения геолого-географической среды и особенностей теплообмена на поверхности земли;

2) криогенного строения (условий залегания криогенных толщ горных пород и ярусности мерзлых толщ по разрезу) в зависимости от геокриологического строения, неотектоники, влияния поверхностных и подземных вод, динамики климата в кайнозое;

3) особенностей состава и состав мерзлых, промерзающих и оттаивающих пород геолого-генетических комплексов и формаций в различных ландшафтно-климатических условиях;

4) криологических особенностей мерзлых толщ (криогенных текстур, макровключений льда и льдистости четвертичных рыхлых и дочетвертичных коренных пород) в зависимости от их состава, генезиса, возраста и неотектонического развития, типа промерзания и динамики мерзлотного процесса;

5) закономерностей формирования температурного режима на поверхности почвы, на подошве слоя сезонного оттаивания и промерзания пород и на глубине нулевой годовой амплитуды температур на основе анализа их зависимости от отдельных факторов;

6) закономерностей формирования глубин сезонного и многолетнего промерзания и оттаивания пород и их динамики в зависимости от комплекса факторов природной среды;

7) пространственного изменения мощностей криогенных толщ по площади и в разрезе в связи с существующими природными условиями и историей геокриологического развития региона;

8) особенностей формирования и развития таликов в зависимости от их генезиса, распространения и развития криогенных процессов и явлений;

9) закономерностей распространения и развития криогенных процессов и явлений;

10) особенностей взаимодействия мерзлых толщ и подземных вод;

11) инженерно-геокриологических условий и инженерно-геологической сложности территории в зависимости от направленности ее хозяйственного освоения и геокриологического прогноза;

12) опыта строительства и других видов освоения территории в зависимости от типа инженерных выводов при этом В.А.Кудрявцев считал, что при проведении съемки главным объектом сооружений, характера освоения территории и динамики мерзлого процесса;

13) история развития криогенных толщ в зависимости от динамики климата, геологической истории региона и характера освоения человеком.

В зависимости от масштаба съемки и её целевой направленности на изучаемой территории могут решаться или все перечисленные задачи, или их часть. Эти вопросы обосновывают при составлении программы работ проведения геокриологической съемки.

Методические положения. Методические основы методики геокриологической съемки, представляющие собой научное обоснование возможности познания геокриологической природы процесса, были разработаны и сформулированы В.А.Кудрявцевым. Важнейшим познанием является изучение самих горных пород. Без их изучения невозможно установление закономерностей формирования температурного режима пород и всех прочих характеристик мерзлых толщ. Такой подход следует рассматривать как выражение основного положения марксистско-лениниской философии о первичности материи. Именно сами сезонно- и многолетнемерзлые толщи пород должны являться основным объектом исследования при изучении геокриологических условий.

С учетом этого процесс геокриологической съемки основывается на следующих методических положениях:

1) основным результатом геокриологической съемки является установление закономерностей формирования геокриологических условий через изучение геокриологических характеристик во взаимосвязи с природной обстановкой, ее изменением по территории и историей развития;

2) развитие геокриологических условий по территории определяется различием природных условий, строением и типом тектонической структуры, геотермическими и гидрогеологическими условиями и рельефом, ландшафтно-климатической обстановкой и историей криогенного развития территории;

3) изменение одного из криоформулирующих факторов от участка к участку ведет к изменению геокриологических условий;

4) изменение ландшафтной обстановки и короткопериодные изменения климата в первую очередь проявляются в изменениях глубин сезонного промерзания и протаивания, среднегодовых температур пород и криогенного строения слоя годовых колебаний температур, в сокращении или расширении таликов и новообразовании мерзлоты, а также в расширении характера развития криогенных процессов и явлений;

5) изменение климатической и геолого-структурной обстановкой в различные периоды геологического развития ведет к изменению всех компонентов геокриологических условий как на поверхности и в слое колебаний температур, так и во всей криогенной толще;

6) изучение современных геокриологических условий связано с изучением двух групп геокриологических характеристик для верхних граничных условий – теплообмена на поверхности и в слое годовых колебаний температур и для нижних граничных условий – теплообмена на подошве криогенной толщи и самой толщи пород;

7) восстановление истории геокриологического развития территории, объясняющей современное криогенное строение и устойчивость к изменениям верхней 20-метровой грунтово-криогенной толщи, возможно только при анализе истории развития всего комплекса природной среды;

8) изучение геокриологических условий при съемке ведется в подготовительный, полевой и камеральный периоды при применении комплекса специальных мерзлотных, геологических, геофизических, геоморфологических, климаточеских, лабораторных и других методов исследования, а также аэро- и космоснимков в различных зонах спектра;

9) изучение многофакторной зависимости каждой геокриологической характеристики от криформирующегося фактора природной среды является комплексным. Информативность и достоверность результатов геокриологической съемки повышаются при ее комплексировании с инженерно-геологической гидрогеологической съемки, проводимыми в рамках единой научно-методической программы при единых методах комплексного исследования.

Ландшафтно-ключевой метод. Основные методические положения съемки реализуются с помощью ландшафтно-ключевого метода. Сущность ключевого метода состоит в следующем. На первом этапе проводится типологическое ландшафтное районирование территории по факторам и условиям, определяющим формирование и существование определенных типов и разновидностей сезонно- и многолетнемерзлых пород. Затем на основе карты районирования и собранных фактических материалов предшествующих исследований выбираются ключевые участки, являющиеся представительными для выделенных типов местности, на которых в полевой период концентрируются комплексные исследования широкого круга задач, решаемых с помощью различных методов, и изучаются частные, общие и региональные геокриологические закономерности. Идентичность и различие выделенных микрорайонов устанавливаются маршрутными исследованиями, намечаемыми по карте ландшафтного районирования и оп аэро- и космоснимкам. В заключении составляются геокриологические карты путем распространения полученных геокриологических характеристик на идентичные типы местности – аналоги изученным на ключевых участках и в маршрутах. В этом случае при картировании температурного режима пород, сезонного промерзания и протаивания и криогенного строения слоя годовых колебаний температур ландшафтный метод разделения территории становится ландшафтно-индикационным методом картирования.

Ландшафтное районирование. Такое районирование выполняется с целью выявления сходства и различия исследуемых участков территории по комплексу природных особенностей и соответствующих им мерзлотных условий. Общеизвестно, что такие сочетания элементов природного комплекса, как рельеф и слагающие его породу, почвы, растительность, микрорельеф поверхности и микроклиматические особенности образуют устойчивые генетические однородные участки земной поверхности. Такими участками являются элементы рельефа – микрорайоны или типы местности. При выделении микрорайонов в первую очередь следует основываться на геологическом строении и геоморфологических элементах рельефа, которые характеризуются единством генезиса пород, типа рельефа и условий теплообмена на поверхности. В пределах отдельных элементов рельефа последующее обособление участков проводится по более детальной однородности криоформирующих условий.

Выбор признаков ландшафтного районирования в определенных зонально-региональных условиях должен проводится с учетом четкости границ естественно сформировавшихся природных комплексов, а градации выделения должны быть обоснованы степенью влияния каждого криоформирующего фактора на геокриологическую обстановку участка.

Свои коррективы в выбор признаков и градаций районирования вносят региональные особенности изучаемой территории и масштаб съемки. Поэтому до составления карты ландшафтного районирования необходимо провести анализ структурно-геологических и географических условий территории и составить классификацию признаков районирования. В зависимости от масштаба съемки в качестве микрорайонов могут быть выделены различные по сложности и занимаемой площади элемента рельефа и их частей. Так, при мелкомасштабной съемке (1:100000 – 1:500000) в качестве микрорайонов выделяются в основном крупные формы рельефа, характризующиеся общностью развития и геологического строения, как например, водоразделы с определенной высотой поверхности и степенью расчленения; склоны от водоразделов к речным долинам с подразделением по крутизне но две-три градации; элементы речных долин с различными поверхностными условиями (заселенностью и заболоченностью). При съемках в средних масштабах (1:25000 – 1:50000) указанные выше участки подразделяются на ряд более мелких в зависимости от возможностей детализации состава и свойств пород, а также более детального учета остальных природных факторов, присущих выделяемым участкам. Так, например, в пределах одновремнного по геологическому строению водораздела могут выделяться участки с различными сочетаниями элементов залегания и состава пород, особенностями микрорельефа, с разной степенью заболоченности, растительным покровом.

При крупномасштабной съемке (1:2000 – 1:10000), когда весь изучаемый участок расположен в пределах одного-двух элементов рельефа, например в долине реки или на одном определенном водоразделе или на его склоне, большое значение при ландшафтном районировании приобретают такие мелко- и среднемасштабных исследованиях учитываются лишь внемасштабно. Так, например, выделяются участки в зависимости от густоты древостоя и затененности поверхности.

Ключевые участки. Изучение геокриологических условий в полевой период целесообразно и экономично проводить не по всей территории съемки с одинаковой деятельностью, а концентрировать на отдельных небольших участках, доступных для применения всех методов исследования. Ключевые участки должны включать как наиболее типичные, широко распространенные микрорайоны, так и аномальные, имеющие локальное распространение. По направленности исследований они подразделяются на участки общего и специального назначения. На ключевых участках общего назначения изучаются закономерности формирования мерзлотных условий, характерные для типичных, хорошо распространенных условий района (региона). На ключевых участках специального назначения решаются отдельные тематические вопросы регионального или методического характера, не исключая задач определения геокриологических закономерностей.

При мелко- и среднемасштабных съемках ключевые участки целесообразно выбирать не для каждого микрорайона отдельно, а так, чтобы они охватывали сразу несколько микрорайонов. Это позволит установить геокриологические закономерности не только для каждого микрорайона, но и проследить их пространственную изменчивость.

При крупномасштабных съемках на ключевых участках решаются более специальные задачи, связанные с особенностями хозяйственного освоения территории, для которой и выполняется съемка.

Из практики геокриологических исследований вытекает, что в зависимости от сложности геокриологических условий размер ключевых участков общего назначения при мелкомасштабной съемке колеблется от 1 до 10 км и при крупномасштабной - от 0,2 до1км; размер ключевых участков специального назначения колеблется соответственно от 0,2 до 2км и от 0,1 до 0,3км. Число ключевых участков зависит от сложности зональных и региональных условий территории, т.е. от числа выделенных ландшафтных типов, каждый из которых должен быть изучен не меньше, чем на двух ключевых участках. При их выборе большое значение имеет применение аэрофото- и космоснимков в связи с большой обоснованностью выбора, их представительностью для больших территорий и возможностью предварительного комплексного дешифрирования природных условий и криогенного образования. В целях наиболее полного и рационального использования данных геологосъемочных работ ключевые участки при мелко- и среднемасштабных съемках целесообразно размещать на разведанных площадях месторождений, различных строительных объектов с густой сетью скважин, шахт, канав, шурфов.

При крупномасштабной съемке число ключевых участков регламентируется стадией проектирования, мерзлотными и другими инженерно-геологическими показателями, закладываемыми в проект.

Маршрутные исследования при геокриологической съемке проводятся с целью изучения микрорайонов, выделенных на карте ландшафтного районирования, и обеспечения правильной экстрополяции фактических данных, полученных на ключевых участках, на всю исследуемую территорию. Поэтому основными задачами маршрутных исследований являются:

1) прослеживание геологических, геоморфологических, геобонатических границ с целью изучения характера изменения природных условий;

2) определение глубин сезонного оттаивания и промерзания и их изменений в зависимости от сочетания конкретных факторов природной среды каждого микрорайона;

3) изучение и картирование криогенных и других геологических образований;

4) опробование поверхностных вод и первых от поверхности водоносных горизонтов (надмерзлых вод и верховодки);

5) картрирование и опробование выходов подземных вод и наледей;

6) изучение криологического разреза генетических типов четвертичных отложений в шурфах, расчисткахи обнажениях;

7) изучение разрывных нарушений и трещиноватости в обнажениях и их проявлений на поверхности;

8) изучение опыта строительства и других видов освоения территории.

Успешное решение перечисленных задач при высокой эффективности и в короткий срок зависит прежде всего от правильного выбора маршрутов. При назначении маршрутов необходимо придерживаться следующих правил:

1) маршрутами должны быть перечисленывсе типы основных участков, выделенных при ландшафтном районировании;

2) маршруты следует планировать как поперек долин рек, так и вдоль для изучения элементов долинного комплекса;

3) густота маршрутов и расстояния между точками наблюдений определяется сложностью участка (района). При этом наибольшее число точек наблюдения на 1 км² необходимо на ключевых участках и площадках детальных работ;

4) в процессе съемки, в план маршрутных исследований должны вноситься необходимые коррективы.

В маршрутах при мелкомасштабных съемках рекомендуется пользоваться топографической картой масштаба 1:100000 и геологической картой того же или более крупного масштабов. Во всех случаях маршруты должны проводиться при наличии карты ландшафтного районирования и отдешифрированных аэрофотоснимков. Наряду с аэрофотоснимками черно-белой и спектрозональной съемок желательно использование космоснимков.

Масштабы геокриологических съемок. По анологии с инженерно-геологическими геокриологические съемки разделяются на мелко- (1:500000 – 1:100000), средне- (1:50000 – 1:25000), крупномасштабные (1:10000 – 1:5000) и детальные (1:2000 – и крупнее).

Геокриологические полевые съмки в масштабе мельче 1:500000 не проводятся, а геокриологические карты составляются камерально путем сбора и обобщения опубликованных и фондовых материалов геокриологических, инженерно-геологических и других исследований, связанных с зонально-региональным геокриологическим фондом. Последний может быть получен по более мелкомасшабным геокриологическим картам масштаба 1:2500000 и мельче.

Мелкомасштабная геокриологическая съемка проводится обычно на больших площадях с целью геокриологической, гидрогеологической и инженерно-геокриологической оценки территории на станции перспективного планирования развития отраслей народного хозяйства. Такие съемки должны выполняться территориальными геологическими управлениями страны, в первую очередь, в перспективных по полезным ископаемым районах, а также другими организациями и ведомствами для промышленного и сельскохозяйственного освоения отдельных регионов. Выбор конкретного масштаба съемки (от 1:50000 до 1:100000) связан со сложностью природных условий, степенью изученности района, отраслевой направленности исследований и стадий освоения.

Среднемасштабная геокриологическая съемка является целевой и проводится на сравнительно небольших площадях, подлежащих определенному виду хозяйственного освоения. Такая съемка в зависимости от видов строительства и сложности природных условий проводится на стадиипредпроектной документации технико-экономического обоснования и технико-экономических расчетов, а в отдельных случаях на стадии обоснования технического проекта строительства. Результатты среднемасштабных съемок оптимальны в том случае, когда установленные ранее геокриологические закономерности уточняются и детализируются.

Крупномасштабные съемки (1:2000 – 1:10000) в еще большей степени, чем среднемасшабные, специализированы на какой-то определенный вид строительства. Обычно эти съемки проводятся на стадии разработки технического проекта и рабочей документации и дополняются исследованиями под каждое конкретное сооружение с определенными конструкциями и технологическими особенностями его воздействия.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: