Том 1, № 3 (Июль-Сентябрь 1997)

СОДЕРЖАНИЕ

ПPОБЛЕМЫ КPИОЛОГИИ ЗЕМЛИ

• Данилов И.Д., Комаров И.А., Власенко А.Ю. Динамика криолитосферы в зоне взаимодействия шельф-континент в последние 25 000 лет (на примере Восточно-Сибирского моря) (с.  3-8).АННОТАЦИЯ
  Разработан сценарий развития прибрежно-шельфовой криолитосферы Восточно-Сибирского моря в позднем плейстоцене-голоцене. На его основе составлены количественные математические модели, выполнены соответствующие расчеты на ЭВМ, позволяющие проследить динамику криолитосферы в зоне взаимодействия континент-шельф в последние 25 тысяч лет. Методическими особенностями проведенных исследований, отличающими их от предыдущих, являются: использование моделей эволюционного типа, в которых постановка задач и характеристика природных условий меняются во времени, большая детализация используемых палеореконструкций, учет теплового взаимодействия “суша-атмосфера” и “морское дно-водная среда”. При моделировании использован комплекс параметров: температурный профиль, литологический состав, объемная масса, концентрация солей, влажность и температура оттаивания; учтены также теплофизические свойства пород.
• Романовский Н.Н., Гаврилов А.В., Холодов А.Л., Кассенс Х., Хуббертен Х-В., Ниссен Ф. Распространение субмаринной мерзлоты на шельфе моря Лаптевых (с. 9-18).АННОТАЦИЯ
   Приводятся данные о практически сплошном распространении реликтовых многолетнемерзлых пород (ММП) на шельфе моря Лаптевых. Представлены карты условий формирования и эволюции ММП на шельфе за позднеплейстоцен-голоценовый гляциоэвстатический цикл. Приведены результаты компьютерного моделирования эволюции шельфовой мерзлоты и прогнозная карта ее распространения, составленная на основе расчетных и фактических данных. 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

• Горелик Я.Б., Колунин В.С., Решетников А.К. Простейшие физические модели криогенных явлений (c. 19-29).АННОТАЦИЯ
  Проанализированы эксперименты, изучающие элементарные физические явления, лежащие в основе природных криогенных процессов и их математических моделей. На основе пленочной теории рассмотрен стационарный рост льда на поверхности пористого тела (Vignes и др., 1974, Biermans и др., 1978, Бровка и др., 1990). Возможны два режима стационарного роста: с проникновением  льда в поры фильтра и без проникновения. При реализации первого режима потоки массы падают с уменьшением температуры окружающей среды. Во втором режиме характер этой зависимости — обратный. Предложено объяснение слабого роста потоков при малых градиентах давления в опыте с ледяным сэндвичем (Horiguchi и др., 1983). Этот эффект может быть следствием следующих факторов: наличие незамерзшей воды внутри ледяного тела, прогиб мембраны под действием давления в воде, формирование воздушных пузырьков при кристаллизации воды, начальный градиент температуры. Подробно проанализирован каждый фактор. Ледяной сэндвич принят в качестве элементарной ячейки в простейшей консолидационной модели мерзлого грунта. Исследована реакция такой системы на изменение тепловых и механических воздействий.
• Гречищев С.Е. Кинетика фазовых переходов, температурные деформации и пучение мерзлых грунтов (c. 30-34).АННОТАЦИЯ
  Обосновывается связь анизотропности температурных деформаций и пучения мерзлых грунтов с кинетикой фазовых переходов поровой влаги в спектре отрицательных температур. Измерено боковое давление в льде при одномерном замерзании воды в условиях открытой системы в зависимости от скорости замерзания.
• Ухов С.Б., Власов А.Н., Лисин Л.Д., Мерзляков В.П., Саваторова В.Л. Плавление льда в несвязных мерзлых грунтах, обусловленное локальными давлениями (с. 35-38).АННОТАЦИЯ
  Под действием внешней нагрузки в грунте (мерзлых песках и супесях) на контактах между минеральными частицами и льдом возникает повышенное давление. Это приводит к понижению температуры плавления льда, в результате чего в этих местах лед оттаивает, и образующаяся вода пополняет пленочную (связанную) воду. Предполагая равновесность процесса плавления и равенство средних напряжений в твердой фазе давлению в жидкой, обычно получают уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Однако оценка давления в жидкой фазе требует привлечения дополнительных гипотез.Проводятся вычисления напряжений соответствующих началу фазовых переходов при различных средних температурах мерзлого грунта (порог фазовых переходов). Получена картина развития зоны фазовых переходов в окрестности минеральной частицы в зависимости от нагрузки. По мере увеличения размеров зон плавления происходит накопление влаги и образование перемычки. Таким образом, создаются условия для фильтрационной консолидации в мерзлых грунтах.
• Голубев В.Н., Селиверстов Ю.Г., Сократов С.А. Особенности миграции водяного пара на границе мерзлый грунт — снежный покров (c. 39-43).АННОТАЦИЯ
  Экспериментальные исследования массопереноса на контакте снега и мерзлого грунта показывают, что направление массопереноса может меняться в зависимости от значения приложенного градиента температуры. При изотермических условиях наблюдается перенос водяного пара из снега в грунт. Миграция пара из грунта в снег происходит, когда градиент температуры превышает некоторое критическое значение, величина которого возрастает при понижении температуры и зависит от льдистости грунта. Интенсивность массопереноса из грунта в снег при приложенном градиенте температуры определяется дисперсностью грунта. Анализируются возможные причины изменения направления миграции водяного пара на границе сред.
• Аникин Г.В., Плотников С.Н. Теория ЯМР-релаксации в пленках незамерзшей воды (c. 44-46).АННОТАЦИЯ
  Построена теоретическая модель ядерной магнитной релаксации незамерзшей воды в мерзлых грунтах. Проанализирован межфазный обмен в пленках незамерзшей воды. Выявлена теоретическая зависимость между временами корреляции вращательного и поступательного движений и скоростью спин-решеточной релаксации в обычной и дейтерированной воде, что позволяет на основании экспериментов по измерению времен релаксации, исследовать подвижность молекул воды в незамерзших пленках.

СВОЙСТВА МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

• Воронков О.К., Моторин Г.А., Михайловский Г.В., Кунцевич С.П. Сейсмогеологические классификации грунтов криолитозоны (c. 47-54).АННОТАЦИЯ
  Приводятся о обсуждаются статистически обобщенные данные о средних значениях скоростей упругих волн Vp иVs  и динамических модулей упругости для скальных, крупнообломочных и песчано-глинистых грунтов криолитозоны в зависимости от их температуры и влажности. Достоверность этих результатов основана на больших выборках данных, полученных методами инженерной сейсморазведки на нескольких десятках объектов гидротехнического строительства в криолитозоне. Предложены сейсмогеологические классификации массивов пород различного состава и генезиса как в талом (“сухом” и водонасыщенном) так и в мерзлом (морозном и льдонасыщенном), представляющие собой ранжированные ряды выделенных классов пород по средним значениям их динамических упругих характеристик.Ключевые слова: криолитозона, мерзлые грунты, Скорости упругих волн.
• Кутергин В.Н., Кальбергенов Р.Г., Аксенов В.И. Исследования влияния динамической нагрузки на прочностные свойства пластичномерзлых грунтов (c. 55-60).АННОТАЦИЯ
  Количественная оценка изменения свойств грунтов оснований различных сооружений при внешних воздействиях является одной из важных задач инженерной геологии и геокриологии. Имеющиеся в настоящее время в нормативных документах справочные данные по прочности пластичномерзлых грунтов справедливы лишь для расчета предельных статических нагрузок на фундаменты. Появление дополнительной к статической нагрузке динамической составляющей может привести к увеличению скорости деформирования пластичномерзлых грунтов и, как следствие, к  изменению его расчетной прочности. Динамическая составляющая нагрузки от промышленных сооружений, движущихся транспортных средств может проявиться в результате работы несбалансированных машин и агрегатов, сейсмики и т.п. Для исследования пластичномерзлых грунтов в динамических условиях была разработана новая методика и модифицированы конструкции испытательных установок. Динамическая составляющая представляла собой меняющиеся по синусоидальному закону напряжения, частота приложения которых составляла 10 Гц, а амплитудные значения соответствовали 15% от статической нагрузки на данной ступени. Полученные данные по развитию осевых деформаций во времени сопоставлялись с результатами испытаний того же грунта в идентичных условиях, но без динамических воздействий. В качестве объекта исследований использован суглинок с полуострова Ямал при засоленности 0,3%  и 0,6%. Темепература грунта при испытании составляла -2 и -6 градусов Цельсия. Выполненные эксперименты показали значительные изменения механических свойств пластичномерзлых грунтов при динамическмих нагрузках.
• Зыков Ю.Д., Червинская О.П. , Фролов А.Д. Характерные черты  деформируемости мерзлых засоленных    грунтов (c. 61-65).АННОТАЦИЯ
  Упругие, прочностные и другие свойства мерзлых грунтов, связанные с деформируемостью, обусловлены в основном их пространственной криогенной кристаллизационно — коагуляционной структурой (ПККС). В докладе рассматриваются характерные черты и особенности ПККС мерзлых засоленных песчано-глинистых грунтов,  начинающие формироваться при определенных  критических исходных концентрациях (С_кр) насыщающих растворов. Величина С_кр обусловлена глинистостью грунта и типом его засоления. Приводятся и обсуждаются результаты лабораторных экспериментов по определению динамических модулей упругости и некоторых характеристик прочности в широком диапазоне концентраций и составов паровых растворов насыщавших образцы, которые являлись моделями грунтов с “морским”, “континентальным” и смешанным типами засоления. Определены соотношения хлоридов и карбонатов для каждого из типов засоления. Установлены закономерности изменения изучавшихся характеристик в зависимости от засоленности и температуры и показаны весьма существенные (в особенности для песков) отличия их значений от пресных мерзлых грунтов того же состава. Экспериментальные данные находятся в хорошем согласии с оцененными величинами С_кр, основными концепциями физико-химической механики и спецификой ПККС засоленного грунта.
• Скворцов А.Г. Особенности структуры поля упругих колебаний в нелитифицированных многолетнемерзлых породах (c. 66-72).АННОТАЦИЯ
  В работе рассмотрены основные факторы и условия, формирующие сейсмогеокриологический разрез в массивах нелитифицированных многолетнемерзлых пород и дана классификация основных его типов. Для каждого типа разреза на основании экспериментальных данных и теоретических расчетов рассмотрены основные особенности структуры сейсмического поля продольных и поперечных волн. Выполненный анализ позволил сделать вывод о перспективности использования отраженных поперечных SH- и SF-волн для повышения эффективности сейсмических методов при геокриологических исследованиях.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ КРИОЛОГИИ ЗЕМЛИ

• Коновалов А.А. Оценочные методы анализа строения и динамики   криолитозоны (c. 73-78).АННОТАЦИЯ
  Выведены формулы для расчета температурного режима в грунтовом полупространстве с фазовыми превращениями влаги, отличающиесяm от известных комплексным учетом изменения граничных условий вовремени,  давления (горного и поверхностного), геотермического градиента. Формулы позволяют делать прогнозы и палеореконструкции изменения температуры криолитозоны, динамики ее границ. С их помощью проанализированы причины ярусности криолитозоны на севере Западной Сибири.
• Чижов А.Б., Деревягин А.Ю., Симонов Е.Ф., Хуббертен Г.-В., Зигерт К. Изотопный состав подземных льдов района оз. Лабаз (Таймыр) (c. 79-84).АННОТАЦИЯ
  Изучены концентрации изотопов ³Н, ²Н и ¹⁸О в подземных льдах позднечетвертичных (абсолютные датировки от 900 до более 40 тыс. лет) мерзлых отложений (около 250 образцов).   Тритий (³Н) был обнаружен на глубинах до 4-5 м, в концентрации от 8-11 ТЕ до более 100 ТЕ. Это свидетельствуют о высоком содержании молодой влаги  и интенсивных процессах современного льдообразования в приповерхностном слое. Содержание  стабильных  изотопов (¹⁸О, ²Н) в подземных льдах изменяется от -30,7%_о до -12,6%_о (d¹⁸О), и от -233,6%_о до -111,3%_о (d²Н). Наиболее тяжелый изотопный состав наблюдался в текстурообразующих льдах голоценовых торфяников, наиболее легкий — в реликтовых сингенетических ледяных жилах. Оценки d¹⁸О реликтовых пластовых льдов лежат между -29,5%_о и -24,6%_о. На основе анализа изотопных данных уточняются палеоклиматические условия формирования подземных льдов и их генезис.
• Курфюрст П.Дж. Современные исследования газ-гидратов, проводимые геологической службой Канады (c. 85-87).АННОТАЦИЯ
  Данное исследование предпринято для нового понимания роли газовых гидратов в развитии опасных природных процессов и для решения следующих научно-технических задач: — содействие производству и правительству в оценке газовых гидратов как ресурса; — разработка специализированных методов бурения; — разработка новых поверхностных и каротажных геофизических методов для оконтуривания газогидратных залежей; — всесторонняя оценка роли газовых гидратов в прошлых и прогнозируемых глобальных изменениях климата; — разработка необходимых мер обеспечения безопасности в процессе разведки и эксплуатации в районах первоочередного освоения.