Геокриология. Наука о мёрзлой зоне земной коры

1.

Наука о мёрзлой зоне земной коры

2.

Геокриология (ge - Земля, kryos - холод, logos – учение)
Geokryologie
Это наука, изучающая мерзлую зону земной коры,
а также явления, связанные с процессами
промерзания и оттаивания мерзлых толщ
Она изучает происхождение, историю
развития, условия существования мёрзлых
толщ в земной коре; процессы и явления,
происходящие в промерзающих, мёрзлых и
оттаивающих горных породах; их строение,
состав и свойства; геофизические., физикогеологические, геоморфологические и
гидрогеологические явления, связанные с
процессами промерзания, оттаивания и
диагенеза мёрзлых толщ. взаимоотношение
грунтов с подземными льдами, хотя сами
льды являются объектом гляциологии.

3.

•Геокриология
(мерзлотоведение) была
учреждена три четверти века
назад как новая, с огромным
прикладным значением,
отрасль геологии. Началом ее
считают монографию М.И.
Сумгина,
систематизировавшую
накопленный опыт освоения
Сибири и Дальнего Востока.

4.

•За прошедшее время область
исследований расширилась от подземных льдов, сезоннои многолетнемерзлых толщ
до криолитозоны криосферы.
Новые научные знания о
криогенных процессах и
образованиях нашли
применение не только в
практике строительства на
мерзлых грунтах, но и в
переоценке роли
криосферных ресурсов для
устойчивого развития
регионов.

5.

Для России развитие геокриологии особенно актуально, так как 62% территории
страны находятся в зоне распространения мерзлых пород. В зависимости от того, как
долго грунты находятся в мерзлом состоянии они подразделяются на
сезонномерзлые и многолетнемерзлые .

6. Характер распространения ММГ

7.

Мощность «вечной мерзлоты» в различных районах:
а – Чита,
б – Воркута,
в – Верхоннск,
г – Якутск,
д - Вилюй

8.

Mетоды гноериологии предусматривают
геокриологическую съёмку и составление геокриологич.
карты, a также стационарные природные наблюдения за
геотермич. режимом мёрзлых толщ, сезонным
промерзанием и оттаиванием, криогенными процессами
и явлениями; стационарно изучаются состав, криогенное
строение, физико-механич., теплофиз. свойства мёрзлых
грунтов, в лабораторных и природных условиях
проводятся геокриологический прогноз и теплофиз.
расчёты для проектирования сооружений на мёрзлых
грунтах. При решении задач o промерзании и оттаивании
пород используют матем. методы c применением ЭВМ,
методы матем. и физ. моделирования криогенных
процессов.

9. Геокриологические изыскания

Целью инженерно-геокриологических изысканий в районах
распространения вечномерзлых грунтов для проектирования
является комплексное изучение мерзлотно-грунтовых условий
участка строительства и прогноз возможных изменений этих условий
под влиянием сооружений.
Инженерногеокриологические изыскания
выполняются специалистами
Центров геокриологических
исследований. По большей части
такие центры специализируется
на изысканиях в пределах
районов распространения
многолетнемерзлых грунтов — на
севере Европейской части России,
в Западной Сибири, Южной
Якутии, Забайкалье, Хабаровском
крае.

10.

Объекты интеллектуальной собственности в таких центрах обычно включают:
авторские программы, позволяющие проводить необходимые расчеты
банк инженерно-геокриологических данных по изысканиям
Инженерно-геокриологические изыскания
включают в себя следующие виды работ:
• мерзлотная инженерно-геологическая
съемка;
• проходка горных выработок (скважин,
шурфов, канав) с отбором образцов;
• длительные термометрические
наблюдения;
• геофизические работы (электроразведка,
сейсморазведка, сейсмоакустическое
зондирование);
• составление отчетов о проведенных
изысканиях.
Колонковое бурение

11.

Основные направления исследований:
Распространение, состав, строение и генезис мерзлых пород.
•Многолетняя динамика криогидрогеологических процессов и их роль в
преобразовании мерзлотных ландшафтов.
•Криогенные процессы и явления в различных природных и техногенных
условиях криолитозоны.
•Динамика криогенных ландшафтов под влиянием климатических изменений.
•Влияние составляющих
природной среды на
формирование термического
режима горных пород.
•Мониторинг концентрации
парниковых газов в нижней
части тропосферы.
•Закономерности миграции и
концентрации химических
элементов в природных
мерзлотных ландшафтах.
•Физико-механические
свойства мерзлых грунтов.
с ксенолитами грунта
слоистого
слоистого
прозрачного

12.

Выполняемые изыскания позволяют:
•оценить сложность инженерно-геокриологических условий для строительных целей;
•оценить риск проявления опасных криогенных процессов при хозяйственном освоении
территории;
•дать экологическую оценку допустимых техногенных нарушений;
•обосновать мероприятия по защите территорий и сооружений от опасных криогенных процессов
•экспертно оценить проектные решения строительства объектов на мерзлых грунтах;
•проведение мониторинговых
•наблюдений за состоянием
«вечномерзлых» грунтов,
развитием опасных
криогенных процессов и
устойчивостью
инженерных сооружений;
•количественно оценить
содержание парниковых
газов и газгидратов в
мерзлых грунтах;
•разрабатывать новые
методы определения
свойств мерзлых грунтов и
прогнозных расчетов.

13.

Бурение наблюдательной
скважины для Циркумполярного
мониторинга деятельного слоя
(CALM) на геокриологическом
стационаре «Туймаада» (г.
Якутск), июль 2008 г.
Геотермические исследования,
бурение (описание керна,
отбор образцов грунта на
влажность, механический,
химический состав и др.),
площадное определение
глубины протаивания.

14.

В процессе инженерно-геокриологических изысканий должны быть выявлены:
• морфологические особенности рельефа, его макро-, мезо- и микроформы;
• стратиграфо-генетические и слагающие их литолого-фациальные комплексы, литологические
(петрографические) типы (разности), инженерно-геологические виды (разновидности) горных пород,
условия их распространения и залегания, выдержанность и изменчивость по простиранию и глубине;
• физико-механические, теплофизические и водно-физические свойства горных пород на глубину
изучаемого разреза ;
• распространение и взаимосвязь по площади и в разрезе талых и мерзлых пород, их связь с элементами
рельефа, и характером ландшафта;
• мощность вечномерзлых пород, основные закономерности их изменения по площади, положение нижней
и верхней границ, температура в пределах слоя постоянных годовых температур и ее изменение по
глубине;
• наличие, морфология и генезис таликов, характер обводненности слагающих их пород, ресурсы
подземных вод в таликах, их качество по сезонам года, характер взаимосвязи с поверхностными и
подмерзлотными водами;
• характер сезонно-талого слоя, его мощность, степень влажности (льдистости) и ее изменение по сезонам
года, водорегулирующая роль сезонно-талого слоя, соотношение сезонно-талого слоя с надмерзлотными
таликами, значение вод сезонно-талого слоя при формировании полос стока в основании склонов долин,
надмерзлотных и сквозных таликов;
условия залегания, распространения и
гидравлические особенности водоносных
горизонтов; состав и фильтрационные свойства
водовмещающих и водоупорных пород и
грунтов зоны аэрации, изменчивость их в плане
и разрезе; закономерности движения
подземных вод; основные источники питания,
условия питания и разгрузки подземных вод;
гидравлическая взаимосвязь грунтовых вод с
подземными водами;

15.

характер и величина водопроводимости первого от поверхности подмерзлотного
горизонта, его взаимосвязь с водами сквозных таликов и водами более глубоких
горизонтов; условия питания и разгрузки, степень защищенности литологическими и
криогенными водоупорами;
минерализация и химический состав подземных вод всей изучаемой части разреза,
кроме того, определение окисного и закисного железа ЕН, СО2 агр., как показатели
коррозийности подземных вод;
режим грунтовых вод в естественных и нарушенных условиях, их взаимосвязь с
поверхностными водами, напорными горизонтами, влияние режима подземных вод на
активизацию экзогенных геологических процессов;
криогенные явления и процессы (термокарстовые, термоэрозионные, бугры пучения,
морозобойное растрескивание пород, нивация, заболоченность, эоловые процессы и
явления);
степень опасности наледеобразования;
степень и тип засоления пород;
характер растительного покрова;
заторфованность;
степень пучиноопасности грунтов;
подземные льды (структурообразующие, повторно-жильные, инъекционные,
залежеобразущие); характеристика подземных ледяных тел (форма, протяженность по
площади и в разрезе, соотношение с минеральной частью вмещающих пород, генезис);
влияние строительства на гидрогеологические и инженерно-геокриологические условия,
нарушение режима вечномерзлых грунтов.

16.

17.

Отбор образцов
1Отбор образцов грунтов для определения их
наименований, состава, состояния и физических
свойств производится из скважины грунтоносами с
внутренним диаметром не менее 50 мм.
Отбор образцов грунта ненарушенного сложения
производят из однородных по литологическому
составу и криогенному строению горизонтов в
соответствии с ГОСТ 12.07.1-84 .
2Образцы для определения физических,
теплофизических и механических свойств мерзлых
грунтов должны отбираться из горизонтов с
однородной криогенной текстурой. При отборе из
грунта с сетчатой или слоистой криогенной текстурой
размеры включений льда и расстояния между ними
должны быть несоизмеримо меньше образца. В
остальных случаях изучение свойств должно быть
отнесено к грунту между крупными ледяными
включениями.

18.

19.

Полнота, состав и качество
изысканий должны быть необходимы
и достаточны для выбора
оптимального варианта, обеспечивать
разработку экономически
обоснованных надежных проектных и
технологических решений, а также
мероприятий по предотвращению
опасных изменений геологической
среды при возведении и эксплуатации
сооружений и мероприятий по охране
окружающей среды.