Криосфера Земли, 2022, Том XXVI, 1, стр. 21-35
УДК 551.345; 552.5
КРИОЛИТОГЕНЕЗ

СЛЕДЫ КРИОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОЗДНЕНЕОПЛЕЙСТОЦЕНОВЫ ОТЛОЖЕНИЯХ ПУР-ТАЗОВСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Е.А. Слагода1–3, А.А. Новосёлов2, Е.С. Королева1, А.О. Кузнецова1, В.И. Бутаков3, Я.В. Тихонравова4, Э.П. Зазовская5

1 Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН, 625026, Тюмень, ул. Малыгина, 86, Россия; eslagoda@ikz.ru, koroleva_katy@inbox.ru, mouse132008@gmail.com
2 Тюменский государственный университет, 625003, Тюмень, ул. Володарского, 6, Россия; an.a.novoselov@utmn.ru
3 Тюменский индустриальный университет, 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38, Россия; vladbutakov@yahoo.com
4 Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, 677010, Якутск, ул. Мерзлотная, 36, Россия; tikh-jana@ya.ru
5 Институт географии РАН, 119017, Москва, Старомонетный пер., 29, Россия; geochronology2019@gmail.com

Одна из проблем криолитологии – реконструкция палеогеографических условий, генезиса отложений и истории развития мерзлых толщ, выявление криогенных и палеокриогенных образований по образцам из керна. На севере Пур-Тазовского междуречья Западной Сибири изучен разрез мерзлых отложений, определены гранулометрический и химический состав пород и их влажность, флористический состав растительных остатков и их возраст, описаны криогенные текстуры. Выполнен микроморфологический анализ шлифов и препаратов пород с помощью оптической и электронной микроскопии. В результате по керну скважины установлен аллювиальный, озерный и делювиальный генезис отложений, реконструирована обстановка осадконакопления, каргинский возраст верхней части отложений равнины, соответствующей уровню третьей озерно-аллювиальной террасы в низовьях р. Таз. По криогенным и посткриогенным образованиям, текстурам, микростроению и аутигенным минералам были установлены условия раннедиагенетического преобразования отложений, эпикриогенный и синкриогенный типы строения мерзлых толщ. Реконструирована последовательность этапов промерзания и протаивания верхней части толщи криолитозоны Пур-Тазовского междуречья в позднем неоплейстоцене.

Ключевые слова: криогенное строение, посткриогенные образования, генезис отложений, возраст
отложений, состав отложений, микростроение отложений, аутигенные минералы

Рекомендованная ссылка:

Слагода Е.А. , Новосёлов А.А. , Королева Е.С. , КузнецоваА.О., Бутаков В.И., Я.В. Тихонравова Я.В., Зазовская Э.П. Следы криогенных процессов в поздненеоплейстоценовых отложениях Пур-Тазовского междуречья Западной Сибири. Криосфера Земли, 2022, том XXVI, № 1, стр. 21-35, doi: 10.15372/KZ20220103

ВВЕДЕНИЕ

Одна из важных проблем криолитологии — определение первоначального типа промерзания — сингенетического или эпигенетического — в талых и вторично мерзлых отложениях, а также следов последующих этапов промерзания и протаивания в верхних частях мерзлых толщ. Следы седиментационных, раннедиагенетических и криогенных процессов часто совмещены в одном и том же фрагменте геологической летописи. Поэтому при интерпретации литологических особенностей и элементов криогенного и посткриогенного строения отложений требуется использование разных признаков для определения динамики процессов седиментации осадков и условий среды их аккумуляции, типа промерзания и следов протаивания. С их помощью можно реконструировать последовательности синхронных или наложенных преобразований. При отсутствии обнажений со сходными образованиями в разрезе, их интерпретация по керну скважин имеет вероятностный характер, поскольку нельзя получить полной морфологической характеристики и деталей строения криогенных и посткриогенных образований.

На Пур-Тазовском междуречье Западной Сибири выполнены криолитологические исследования отложений, направленные на изучение последствий стадийного изменения мёрзлого и талого состояний верхней части криолитозоны. Авторский фактический материал позволил определить по керну скважины генезис, обстановку накопления и возраст отложений, с большей уверенностью выделить этапы и типы промерзания и протаивания толщи, выявить их связь с изменением природных условий в неоплейстоцене.

Район исследований входит в Харасавэй-Новоуренгойскую подзону континентальной геокриологической провинции Западно-Сибирской плиты со сплошным распространением мёрзлых синкриогенных и эпикриогенных пород [Геокриология СССР, 1989]. Он расположен на северо-востоке Пур-Тазовского междуречья в 20 км от пос. Тазовский. Район относится к подзоне южной тундры в пределах равнины с абсолютными высотами поверхности от 10-16 до 35-60 м, со слаборасчленённым рельефом и полигональным микрорельефом на увалах (рис. 1, А, Б). Равнина осложнена долинами рек, озерами и хасыреями с полигональными торфяниками [Трофимов и др., 1987]. В районе широко распространены полигонально-жильные льды в торфяниках, термокарстовые и термоэрозионные низины, многолетние бугры пучения, полигональный микрорельеф, пятна-медальоны [Васильчук, Васильчук, 2016; Тихонравова и др., 2020]. Свидетельствами эволюции криолитозоны в регионе являются изначально-грунтовые жилы, одиночные и многоярусные псевдоморфозы по вытаявшим полигонально-жильным льдам вместе с полигональным рельефом. Псевдоморфозы залегают в талых и мёрзлых эпикриогенных отложениях неоплейстоцена севера Западной Сибири [Шмелёв, 1966; Зыкина и др., 2017]. Посткриогенные образования и микроморфология отложений, связанные с процессами криогенеза в толще Пур-Тазовского междуречья, малоизвестны.

Рис. 1. Район исследований на северо-востоке Пур-Тазовского междуречья. А – географическое положение; Б – схема расположения выработок на спутниковом снимке Google Earth, Landsat [2020]; 1 – участок исследований; 2 – скважина; 3 – шурфы; 4 – абсолютные отметки поверхности.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследований послужили отложения, вскрытые скважиной 1-16, расположенной на высокой полигональной поверхности (абс. отм. 28 м) в бассейне левых притоков нижнего течения р. Таз. Скважина до глубины 8.8 м вскрыла неоплейстоценовые мёрзлые пески и супеси с температурой –3°С [Хомутов и др., 2019], сезонно-талые в интервале 0-1.4 м. Шурфы 1/17, 1/18 на склоне с полигонами и многочисленными минеральными пятнами-медальонами (рис. 1, Б) вскрыли талые до глубины 2.4 м отложения [Slagoda et al., 2019]. Описание сводного разреза приведено в таблице и на рис. 2.

Таблица. Сводный разрез отложений Пур-Тазовского междуречья (скважина 1-16 и шурфы 1/17, 1/18)

Рис. 2. Криолитологическое строение III озерно-аллювиальной равнины Пур-Тазовского междуречья в скважине 1-16 (А), дополненное данными по шурфам 1/17 и 1/18; криогенные текстуры в мерзлом керне (Б). Черный цвет на фотографиях – лед. 1 – пески желтоватые (а), серые (б); 2 – супесь; 3 – суглинок; 4 – торф автохтонный (а), намытый синхронно произраставший (б); 5 – корни трав in situ (а), детрит намытый (б); 6 – пятна, полосы охристые (а), сизые (б), вивианит (в); 7 – кровля многолетнемерзлых отложений (а), подошва реликтового талика (б); криогенные текстуры: 8 – массивная (а), микро- и тонколинзовидная (б); 9 – слоистая линзовидная (а), наклонная линзовидно-ломаная (б); 10 – посткриогенные текстуры (а), псевдоморфозы (б); 11 – границы размыва (а), слоев (б); 12 – номер слоя; 13 – места отбора проб на радиоуглеродный возраст. Гранулометрические фракции (мм): 14 – глинистая, 15 – алевритовые, 16 – песчаные: пески тонкие (а), мелкие (б), средние (в).

По керну скважины диаметром 94-59 мм изучено криогенное строение, определены весовая влажность, гранулометрический состав, содержание воднорастворимых солей в отложениях и видовой состав растительных остатков. В ненарушенном мерзлом и оттаявшем керне зафиксированы седиментационные, криогенные и посткриогенные элементы строения отложений.

Гранулометрический состав 21 образца определен при помощи лазерного дифракционного анализатора размера частиц Mastersizer 3000 с обработкой ультразвуком [Курчатова, Рогов, 2014]. Минералогический состав, седиментационные и наложенные посткриогенные микротекстуры и деформации отложений, форма терригенных частиц и аутигенные минералы определены при помощи петрографического поляризационного микроскопа Olympus-BX53MTRF (7 шлифов), сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) TM3000 (Hitachi), совмещенного с рентгеноспектральным анализатором SwiftED3000 (Oxford) [Курчатова, Рогов, 2020].

Растительные остатки из отложений определены в препаратах под микроскопом по коллекции и атласам [Кац и др., 1977]. Возраст определен в ЦКП «Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии ИГ РАН» и центре изотопных исследований Университета Джорджии (США) [Reimer et al., 2013].

Эти методы анализа позволили выявить следы седиментационных, раннедиагенетических, почвенных, синкриогенных и эпикриогенных процессов промерзания, протаивания и выветривания в неоплейстоцене, поскольку для палеореконструкций использованы отдельные наборы литогенетических, фациальных [Романовский, 1977] и криолитологических признаков. 

Известно, что стадийные изменения мерзлого и талого состояния отложений проявляются в виде разномасштабных синхронных или наложенных криогенных и посткриогенных образований [Романовский, 1993], которые сочетаются с литогенетическими и фациальными особенностями осадочной толщи. В данной работе для идентификации посткриогенных образований использованы признаки криогенеза в мерзлом и талом керне, в гранулометрическом, минералогическом составе и микростроении отложений.

Установлено [Зигерт, 1981; Конищев, Рогов, 1985; Зигерт, Слагода 1990; Слагода, 2005; Рогов, 2009], что многократное промерзание-протаивание синкриогенных отложений приводит к деформациям седиментационной слоистости и частичному разрушению терригенных частиц, новообразованиям минералов, агрегатных и кольцевых микротекстур,

которые сохраняются после протаивания в виде посткриогенных образований разного размера. В эпикриогенных мёрзлых отложениях присутствуют слоистые, решетчатые и наклонные ломаные криогенные текстуры, могут сохраняться первичные посткриогенные текстуры и раннедиагенетические элементы строения [Слагода и др., 2015]. Протаивание эпикриогенных отложений также приводит к смыканию пустот от льда, образованию рисунка посткриогенных текстур за счет разрывов и смещений слоёв, уплотнению блоков породы, ожелезнению и новообразованию минералов [Slagoda, Kurchatova, 2008; Слагода и др., 2014].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Строение верхней части мёрзлых отложений равнины соответствующей уровню III озерно-аллювиальной террасы на северо-востоке Пур-Тазовского междуречья, вместе с результатами аналитических исследований, приведено на рис. 2 и 3. Для определения динамических условий среды седиментации были использованы различные данные [Рейнек, Сингх, 1981]: результаты определения и обработки гранулометрического состава отложений, обобщенные на диаграмме Р. Пассеги (рис. 4, А), окатанность зерен, характеристики слоистости и присутствие размывов в разрезе. Состав водорастворимых солей и растительных остатков были использованы для обоснования фациальных обстановок аккумуляции отложений.

<

Рис. 3. Макротекстуры и деформации в оттаявшем керне отложений скважины 1-16. 1 – границы размыва между слоями; 2 – границы литологические резкие (а), постепенные (б); 3 – зоны сдвигов, смещений фрагментов и разрывов слоев по сомкнутым и заполненным пустотам; 4 – охристые пятна; 5 – угловатые окатыши глин; 6 – пустоты от вытаявших шлиров льда; 7 – вивианит; 8 – масштаб: 1 деление = 1 см.

Отложения слоев 1, 2, 3, с учетом седиментационной слоистости, мелкой волновой ряби и намытого детрита, повышенного содержания среднезернистых частиц внизу и тонкодисперсных вверху, уменьшения медианного размера частиц Мd от 0.215 до 0.04-0.02 мм, увеличения коэффициента сортировки So от 1.2-1.3 до 1.6-1.7 снизу вверх по разрезу, по положению проб на динамической диаграмме (рис. 4, А) отнесены к области осадков постоянного водотока со средней и низкой интенсивностью, вероятно, постепенно мелевшего. Отложения не засолены — сумма легкорастворимых солей равна 88-258 мг/кг или 0.01-0.03%. Состав водорастворимых солей хлоридно-гидрокарбонатно-сульфатный и сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатный магниево-кальциевый. По составу водорастворимых солей и согласно набору растительных остатков, в том числе мхов (см. табл), произраставших в болотах, торфяниках и на старых деревьях, эти слои формировались в континентальной обстановке, вероятно, в лесотундре или северной тайге. Слой 3 отличается от подстилающих деформациями слоистости, крупным затеком, преобладанием остроугольных со свежими сколами обломочных частиц (рис. 4, Б) и охристой окраской в мерзлом состоянии за счет гидроокислов железа. Отложения слоев 1-3, накопившихся 49-45 тыс. лет назад, отнесены к первой половине каргинского периода.

Рис. 4. Динамическая диаграмма Р. Пассега [Рейнек, Сингх, 1981], литогенетические типы отложений равнины, соответствующей уровню III озерно-аллювиальной террасы Пур-Тазовского междуречья (А) и окатанность обломочных частиц слоя 3 (глубина 6.4 м) (Б). Мd – медиана (50%-го содержания); С – максимальный диаметр (99%-го содержания); I – осадки постоянных водотоков, аллювиальные русловые и пойменные осадки (слои 1–3); II – осадки субаэральных дельт, пролювий, делювий временных распластанных водотоков (слои 5–7); III – осадки проточных водоемов (слой 4). Фигуративные точки отложений скв. 1-16 и шурфа: 1 – слой 1; 2 – слой 2; 3 – слой 3; 4 – слой 4; 5 – слой 5; 6 – слой 6; 7 – слой 7.

Отложения слоя 4 обладают невыдержанной по простиранию нарушенной седиментационной слоистостью, тонкодисперсным составом (Мd — 0.031) и большим коэффициентом сортировки (So — 2.1). На динамической диаграмме его проба расположена в зоне однородных суспензий, что позволяет отнести его к осадкам водоема (предположительно озера) со слабопроточным режимом.

Слои 5 и 6 сложены пылеватыми песками (Мd — 0.064-0.099 мм), с So от  1.7-1.9 до 1.9-2.2, соответственно, и с нарушенной седиментационной слоистостью. На динамической диаграмме (рис. 4, А) пробы пород расположены в зонах однородных и градационных суспензий, что соответствуют областям временных плоскостных и постоянных потоков низкой интенсивности на склонах.

Слой 7 сложен песками и супесями (Мd — 0.074-0.08 мм, So — 1.9-2.3), переработан многочисленными криотурбациями и корнями растений, относится к сезонно-талому слою.

В разрезе отложений, на основании вышеперечисленных особенностей, выделены следующие литогенетические типы: слои 1 и 2 отнесены к русловому аллювию, слой 3 с деформированной седиментационной слоистостью – к пойменному аллювию, слой 4 – к осадкам проточного водоема или водотока с застойным режимом, слои 5, 6 и 7 – к делювиальным (плоскостной смыв) и пролювиальным осадкам временных распластывающихся потоков низкой интенсивности, субаэральных дельт.

Отложения всего разреза по минералогическому составу отнесены к полевошпат-кварцевым. В отложениях присутствуют биотит, мусковит, эпидот-цоизит, турмалин, лейкоксен, переотложенный зеленый глауконит, углистые частицы, обломки диатомовых водорослей и спикул губок. Терригенные компоненты могли поступать при размыве юрских, меловых и палеогеновых пород, в том числе морских четвертичных отложений этого региона.

Обломки кварца в слоях 1 и 2, в основном, угловато-окатанные, редко растрескавшиеся на месте залегания. В слоях 3-7 преобладают остроугольные и угловато-окатанные обломки, трещиноватые и со следами растворения и регенерации. Тонкодисперсная масса отложений представлена смесью глинистых минералов: иллита, хлорита, смешанно-слоистых агрегатов с примесью кремнистых и органических остатков (рис. 5, А-Ж; рис. 6, А). Обломочные компоненты и микроагрегаты покрыты тонкими прерывистыми плёнками глинистых минералов (рис. 6, Б, Г). Эти особенности состава отложений связаны с постседиментационными преобразованиями толщи.

Рис. 5. Микростроение отложений скважины 1-16 на фотографиях шлифов в проходящем свете (а, б, г, д–ж) и поляризованном свете (в, з). 1 – границы слоев; 2 – границы микротекстур, затеков; 3 – контуры сложных агрегатов; 4 – предполагаемые направления движения талых вод и смещения компонентов пород; 5 – кварц (Q), растрескавшийся на месте; 6 – соотношение обломков, агрегатов, органических соединений и пустоты на врезке (г).

Рис. 6. Аутигенные минералы в отложениях скважины 1-16 в шлифах в проходящем (а) и поляризованном (б) свете; в сканирующем электронном микроскопе (в–з): стяжения пелитоморфного сидерита по растительным остаткам, обломки скелетов диатомовых водорослей (а, слой 1); прерывистые пленки аутигенных глинистых минералов на кварцевых зернах (б, слой 3; г, слой 1); микростяжения доломита и алюмосиликатов на высокоуглеродистых органических пленках (в, слой 3); ассоциация ромбических микрокристаллов сидерита и глинистых минералов (д, слой 6); стяжения расщепленных сноповидных микрокристаллов железистого родохрозита (е, слой 3); фрагмент сферического агрегата доломита (ж, слой 6); игольчатые шестоватые микрокристаллы вивианита (з, слой 3). 1 – кварц; 2 – раковины диатомовых водорослей; 3 – сидерит; 4 – глинистые минералы; 5 – родохрозит; 6 – доломит; 7 – вивианит.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные результаты о литогенетических и фациальных особенностях изученной осадочной толщи позволили выявить разномасштабные криогенные и посткриогенные образования и определить их синхронный или наложенный характер. Увеличение содержания пылеватой фракции и преобладание остроугольных обломочных частиц в пойменных, озерных и делювиально-пролювиальных отложениях в основном обусловлено интенсивным криогенным дроблением в условиях сингенетического промерзания. В разрезе отложений выявлены протаивавшие на месте и впоследствии промерзшие отложения, для которых характерны криогенные наложенные, первичные посткриогенные текстуры и другие особенности. Среди них выделены:

1) Посткриогенные макротекстуры (соответствующие первому этапу промерзания-протаивания: блоковые, сетчатые, комковатые отдельности, подчеркнутые оксидами железа), а также выявленные в шлифах сложные многопорядковые агрегатные и кольцевые микротекстуры, трещиноватость и оскольчатая форма обломочных зерен.

2) плавные и резкие (вероятно, по трещинам) смещения фрагментов слоев относительно друг друга (связанные, в основном, с протаиванием и раннедиагенетическим преобразованием отложений в талом состоянии), разрывы, затеки и заполнение пустот осадками из вышележащих отложений, деформации седиментационной слоистости (возникшие при просадках отложений), а также волнистые, фестончатые границы слоёв (за счет уплотнения многопорядковых агрегатов);

3) криогенные текстуры, соответствующие последнему этапу промерзания: включения льда и пустоты от их вытаивания в керне.

Русловые отложения водотока (слои 1 и 2) отличаются сизо-серой окраской песков, связанной с восстановительными условиями и повышенной влажностью. Снизу вверх в разрезе этих слоев, особенно в прослоях алевритовых песков с растительным детритом, увеличивается частота мелких нарушений слоистой макротекстуры в виде трещин, сдвигов и смятия мелкой ряби (рис. 3). В микростроении отложений выражены вертикальные разрывы тонких прослоев без смещения, обогащение зон разрывов обломочными частицами из вышележащих слойков и обеднение глинистыми частицами, вероятно, при оттаивании включений льда. Накопление осадков сопровождалось растрескиванием кварцевых зерен на месте их залегания, что связано с процессами цикличного промерзания — протаивания (рис. 5, Ж)

Аутигенные минералы в этих слоях представлены карбонатами, в основном, высокомагнезиальным кальцитом и сидеритом. Высокомагнезиальный кальцит образует плотные микрокристаллические сферические агрегаты, нередко с примесью алюмосиликатных минералов, с реликтами высокоуглеродных биопленок (рис. 6, В, Ж). Подобные агрегаты могли формироваться в результате минерализации внеклеточного полисахаридного вещества (EPS — extracellular polysaccharide substance), являющегося одним из продуктов метаболизма бактериальных колоний и водорослей [Trichet et al., 2001; Obst et al., 2009]. Сидерит присутствует в виде пелитоморфных микростяжений, в основном в смеси с аутигенными глинистыми минералами, развивавшимися по разлагающимся органическим остаткам или сильно гидратированному слюдистому материалу (рис. 6, Д) [Ruban et al., 2020; Raudina et al., 2021].

Нарушения макро- и микротекстуры аллювиальных отложений в слое 2 образуют прерывистый сетчатый рисунок по вытаявшим шлирам льда, поэтому они отнесены к посткриогенным. Сохранность свежих растительных остатков мхов обычно связана с быстрым переходом в мерзлое состояние, а вышеуказанные аутигенные минералы, элементарные округлые глинистые агрегаты, сульфатный состав водорастворимых солей и сизая окраска, характерная для восстановительных условий в талике, вероятно, обусловлены вторичным эпигенетическим промерзанием руслового аллювия.

Пойменный аллювий (слой 3) включает крупный затек вертикальной протяженностью около 0.7 м, имеет сетчатый рисунок трещин, секущих и смещающих слои, т.е. обладает как блочной макротекстурой (рис. 3), так и соответствующими многопорядковыми сложными агрегатными и кольцевыми микротекстурами из минеральных частиц и глинистой массы, а также перекрестной ориентацией тонких пленок слюд. В затеке отмечены вертикально вытянутые линзовидные агрегаты (рис. 5, В, Д). В тонких прослоях и полостях, заполненных обломочными частицами при вытаивании ледяных шлиров, отмечены микропустоты с корочками из глинистых микроагрегатов на стенках (рис. 5, Г, Д).

Аутигенные минералы представлены, в основном, вивианитом и родохрозитом в прослоях, обогащенных растительными остатками. Вивианит с примесью марганца слагает тонкоигольчатые продолговатые микроагрегаты и цементирует прилегающие обломки (рис. 6, З). Железистый родохрозит образует массивные, сноповидные агрегаты и корки из микрокристаллов, покрывающие обломки (рис. 6, Е). Судя по формам и расположению агрегатов родохрозита, он был образован при кристаллизации бактериальных полисахаридных пленок, выполнявших роль субстрата и катализатора выпадения минеральных веществ в осадок [Леонова и др., 2017].

Вышеописанные посткриогенные макро- и микротекстуры являются реликтами криогенной текстуры и повторно-жильного льдообразования, возникших в процессе сингенетического промерзания пойменных аллювиальных отложений. Они образовались после протаивания мерзлых отложений, в результате чего по повторно-жильным льдам возникли псевдоморфозы, фрагменты которых выражены в керне как крупные затеки. Протаивание и проседание толщи на месте сопровождалось деформациями слоистости, макро- и микротекстур. С преобразованием оттаявших отложений и биогенной активностью связан комплекс аутигенных минералов и охристая окраска. Криогенные текстуры и низкая влажность слоя связаны с последующим эпигенетическим промерзанием.

Отложения водоема (слой 4), тонкодисперсные без выраженной седиментационной слоистости и с многочисленными остатками диатомовых, перекрывают пойменный аллювий. Вероятно, во время накопления осадков водоёма существовал талик, и протаяли частично размытые пойменные отложения слоя 3. После осушения водоема в его промерзших отложениях образовалась решетчатая (блоковая) криогенная текстура. Размеры сохранившихся блоков посткриогенной текстуры увеличиваются сверху вниз, что свидетельствует об эпигенетическом типе промерзания отложений. Макротекстуры, подчеркнутые песчаными затеками и окисными соединениями железа между блоками тонкодисперсных отложений (рис. 3), — посткриогенные, так как были образованы на этапе протаивания, а в талых отложениях при разложении органики сформировались агрегаты вивианита. Линзовидно-ломаные криотекстуры слоя 4 связаны с последующим эпигенетическим промерзанием. 

Делювиально-пролювиальные отложения (слой 5) отличаются крупным, размером более 1.1 м, затеком, стенки которого цементируются соединениями железа. На контакте с нижней частью затека седиментационная слоистость слабо изогнута вверх (рис. 2). Такие соотношения характерны для вмещающих пород с сингенетическими ледяными жилами и псевдоморфозами [Шмелёв, 1966]. В песках присутствуют многочисленные плотные стяжения размером 0.5-1 см окислов железа и железо-органических соединений (рис. 2 и 3), отмечена линзовидно-сетчатая макротекстура, подчёркнутая потеками окислов железа от вытаявших шлиров льда. Фестончатые волнистые границы слоёв, вероятно, были образованы при уплотнении отложений со сложными многопорядковыми микротекстурами.

Вышеперечисленные нарушения слоистости, строение затека и его соотношения с вмещающими отложениями могут быть связаны с этапом накопления, сингенетического промерзания и роста ледяной жилы в делювиально-пролювиальных отложениях. На этапе протаивания этого слоя были сформированы псевдоморфоза и посткриогенные текстуры вмещающих пород, а также был образован комплекс аутигенных соединений железа, характерный для аэрируемых условий. Криогенные текстуры и низкая влажность слоя связаны с последующим эпигенетическим промерзанием дренированной толщи.

Делювиальные отложения (слой 6) имеют высокое содержание алевритовых частиц, в мерзлом и оттаявшем состояниях окрашены в желтый и оранжевый цвета. Они обладают блочной и ячеистой макротекстурой, подчеркнутой пересекающимися полосами окислов железа, фестончатыми границами и смещениями слоёв по трещинам от вытаивания шлиров льда (рис. 2, глубина 1.3 м; рис. 3, глубина 1.6 м). Этим особенностям соответствует неоднородная микротекстура: крупные разрозненные сложные многопорядковые агрегаты, обогащенные алевро-глинистым материалом, и разделенные мелкими затеками песчаных и алевритовых частиц; многочисленные мелкие сложные агрегаты, окруженные алевритовыми частицами, а также элементарные глинистые микроагрегаты (рис. 5, А, Б). Аутигенные минералы в делювиальных отложениях представлены, в основном, оксидами железа, реже – пелитоморфным сидеритом по разложенным растительным остаткам (рис. 6, А). Оксиды железа в смеси с алюмосиликатами образуют тонкие прерывистые пленки на обломках и простых микроагрегатах (рис. 6, Б, Г).

Вышеописанные макро- и микротекстуры, по-видимому, были образованы на этапе сингенетического промерзания делювиальных отложений. Несмотря на то, что в керне скважины крупные затеки в этом слое не выявлены, в подошве слоя 6 шурфом вскрыта часть просадки, вероятно, над вытаявшей жилой, что соответствует полигональному рельефу поверхности. Деформации слоистости, посткриогенные макро- и микротекстуры, аутигенные минералы, характерные для аэрируемых условий, были сформированы на этапе протаивания слоя 6.

Сезонно-талый слой (СТС), слой 7 отличается многочисленными криотурбациями, охристой окраской и посткриогенной линзовидно-сетчатой макротекстурой в виде смещений слоев по сомкнутым трещинам (рис. 3, глубина 0.6 м). Прослои с перегибами, смещениями и фестончатыми границами сформировались при уплотнении супеси с многопорядковой агрегатной микротекстурой при таянии шлиров льда при цикличном промерзании-протаивании в СТС.

Известно, что стадийные изменения мерзлого и талого состояния отложений проявляются в виде сочетаний разномасштабных макро- и микротекстур, деформаций, новообразований [Ершов, 1988]. Проведенные исследования позволили, на основании разных групп литологических признаков, определить генезис и обстановки накопления осадков, выявить следы постседиментационных процессов. Сочетания криогенных, но преобразованных в посткриогенные в результате вытаивания шлиров льда, макро- и микротекстур, деформации седиментационной слоистости, в том числе крупные затеки с вертикально-волнистой слоистостью, которые, вероятно, можно отнести к псевдоморфозам, трещиноватость и остроугольность кварца, были обусловлены синкриогенным типом промерзания отложений. Системы грунтовых жил (псевдоморфоз, размером до 1.2 м по вертикали) были вскрыты в 2021 г на III озерно-аллювиальной террасе в карьере (в каргинских пойменных отложениях) и в обнажении берега р. Таз (в делювиально-пролювиальных песках). Это подтверждает интерпретацию крупных затеков в керне скважины как псевдоморфоз.

Часть постседиментационных изменений (посткриогенные текстуры, затеки и деформации), являются результатом протаивания и проседания толщи. Присутствующий в ней комплекс аутигенных минералов и разложение органических остатков за счёт микробиологической активности обусловлены наложенными раннедиагенетическими процессами в протаявших отложениях. Охристая окраска отложений за счет новообразования оксидов и карбонатов железа связаны с окислительными условиями в аэрируемых талых увлажненных отложениях. Современные криогенные текстуры мерзлых отложений наложены на талые отложения на последнем этапе эпигенетического промерзания верхненеоплейстоценовых отложений, за исключением СТС.

Исходя из изложенного, можно предположить, что полигональный рельеф поверхности соответствует крупным псевдоморфозам в делювиально-солифлюкционных отложениях слоя 5 и является спроецированным или унаследованным, т.е.  реликтовым. Полигоны смещены и вытянуты по склонам, как и верхние части псевдоморфоз, оползавшие вниз при смещении массива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вышеперечисленные особенности криогенного и посткриогенного макро- и микростроения изученных отложений позволили выявить стадийные изменения мёрзлого, талого состояния массива и установить типы промерзания нижнекаргинских русловых, пойменных, озерных отложений и, предположительно, каргинско-сартанских пролювиальных и делювиальных голоценовых отложений.

Построена следующая модель стадийного изменения мерзлого и талого состояния отложений изученного разреза, характерного для водоразделов Пур-Тазовского междуречья.

  1. Нижнекаргинские русловые осадки при обмелении водотока, вероятно, могли испытывать воздействие сезонного промерзания – протаивания, на которое указывает растрескивание зерен кварца, а затем эпигенетически промерзали в верхней части талика и не протаивали до настоящего времени.
  2. Нижнекаргинские пойменные синкриогенные отложения, вероятно, содержали ледяные жилы,и их верхняя часть была частично размыта, а нижняя часть протаивала и проседалав талике под водоемом с образованием крупных затеков, которые позже эпигенетически промерзли.
  3. Отложения водоема были изначально немерзлыми, а по рисунку посткриогенных текстур онив первый раз промерзали эпигенетически сверху, вероятно, после осушения. Позднее они протаивали вместе с перекрывающими слоями, на следующем этапе снова эпигенетически промерзали.
  4. Делювиально-пролювиальные отложения накапливались в условиях сингенетического промерзания в субаэральной обстановке, предположительно, в холодные этапыкаргинско-сартанскоговремени. Они включают в себе посткриогенные образования и крупные псевдоморфозы — свидетельства протаивания и проседания, вероятно, в конце сартанского времени или в голоцене. Позднее они эпигенетически промерзли.
  5. В целом верхняя часть разрезаотложений равнины, соответствующей уровню III озерно-аллювиальной террасы Пур-Тазовского междуречья, сложена полигенетической толщей, как по режимам накопления осадков, так и по типам промерзания отложений. Она протаивала не менее двух раз, сначала под водоемом, возможно, в позднекаргинское время, второй раз, вероятно, в голоценовый оптимум. Эпигенетическое промерзание произошло при похолодании в позднем голоцене.

Благодарности: Работа выполнена по госзаданию № 121041600042-7. А.А. Новоселов выражает благодарность Министерству науки и высшего образования Российской Федерации за поддержку проекта FEWZ-2020-0007. В работе использовано оборудование ЦКП «Биокосные системы криосферы» Тюменского научного центра СО РАН.

Литература

Васильчук Ю.К., Васильчук А.К. Мощные полигональные торфяники в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород Западной Сибири // Криосфера Земли, 2016, т. ХХ, № 4, с. 3–15.

Геокриология СССР. Т. 2. Западная Сибирь. Гл. ред. Ершов Э.Д., М., Изд-во Недра,1989, 454 с.

Ершов Э.Д. Микростроение мерзлых пород. Москва, Изд-во МГУ, 1988, 182 с. 

Зигерт Х.Г. Минералообразование в условиях вечной мерзлоты // Строение и тепловой режим мерзлых пород. Новосибирск, Изд-во Наука, 1981, с.14-21.

Зигерт Х.Г., Слагода Е.А. Итоги криолитологических исследований ледовых комплексов Якутии // Четвертичная стратиграфия и события Евразии и Тихоокеанского региона. Ред. М.Н. Алексеев,  А.А. Величко, О.В. Гриненко, Якутск. ЯНЦ СО РАН, 1990, с. 82-84.

Зыкина В.С., Зыкин В.С., Вольвах А.О. и др. Строение, криогенные образования и условия формирования верхнечетвертичных отложений Надымского Приобья // Криосфера Земли, 2017, т. XXI, № 6, с.14-25.

Кац Н.Я., Кац С.В., Скобеева Е.И. Атлас растительных остатков в торфах. М., Изд-во Недра, 1977, с. 376.

Конищев В.Н., Рогов В.В. Методы криолитологических исследований. М., Изд-во МГУ, 1985, с. 185.

Курчатова А.Н., Рогов В.В. Новые методы и подходы к изучению гранулометрического и морфологического состава криогенных грунтов // Инженерные изыскания, 2014, №5-6, с. 58-63.

Курчатова А.Н., Рогов В.В. Методы электронной микроскопии в геокриологии // Учебно-методическое пособие. Москва — Тюмень. МГУ им. М.В. Ломоносова — ТИУ, 2020, с. 134.

Леонова Л.В., Кузьмина Л.Ю., Рябова А.С. и др. Экспериментальное осаждение Mg-содержащих биокарбонатов в лабораторных условиях // Минералогия техногенеза, № 16, Институт минералогии УрО РАН, Миасс, 2017, с. 200-207.

Рейнек Г.Э., Сингх И.Б. Обстановки терригенного осадконакопления. М., Недра, 1981, с. 439.

Рогов В.В. Основы криогенеза. Новосибирск, Изд-во Гео, 2009, с. 208.

Романовский Н.Н. Основы криогенеза криосферы. М., Изд-во МГУ, 1993, с. 335.

Романовский С.И. Седиментологические основы литологии. Ленинград, Изд-во Недра, 1977, 408 с.

Слагода Е.А. Реконструкция криолитозоны с применением микроморфологических признаков криогенеза в отложениях позднего кайнозоя // Автореф. докт. дисс. Тюмень: ИКЗ СО РАН. 2005, 48 с.

Слагода Е.А., Крылов А.В., Попов К.А. и др. Криолитологическое строение отложений острова Хейса архипелага Земля Франца-Иосифа // Криосфера Земли, 2015, т. XIX, № 4, с. 17–30.

Слагода Е.А., Курчатова А.Н., Попов К.А. и др. Криолитологическое строение первой террасы острова Белый в Карском море: микростроение и признаки криолитогенеза (Часть 2) // Криосфера Земли, 2014, т. XVIII, № 1, с. 12–22.

Тихонравова Я.В., Слагода Е.А., Рогов В.В. и др.  Гетерогенное строение полигонально-жильных льдов в торфяниках Пур-Тазовского междуречья // Лёд и Снег, 2020, Т. 60, № 2, с. 225-238.

Трофимов В.Т., Баду Ю.Б, Васильчук Ю.К. и др. Геокриологическое районирование Западно-Сибирской плиты. М., Наука, 1987, с. 219.

Хомутов А.В., Бабкин Е.М., Тихонравова Я.В. и др. Комплексные исследования криолитозоны северо-восточной части Пур-Тазовского междуречья // Научный вестник ЯНАО. Устойчивое развитие Арктики. Вып. 1(102), Салехард, 2019, с. 53-64.

Шмелев Л.М. Следы криогенных явлений в четвертичных отложениях Западно-Сибирской низменности и их палеогеографическое значение // Четвертичный период Сибири. М., Наука, под. ред. В.Н Сакса, С.А., 1966, с. 429-437.

Google Earth, Landsat Data SIO.NOAA. U.S.Navy. NGA. GEBCO Image Landsat / Copernicus  Image IBCAO https://earth.google.com/ (дата обращения 05.11.20)

Obst M., Dynes J.J., Lawrence J.R. et al. Precipitation of amorphous CaCO3 (aragonite-like) by cyanobacteria: A STXM study of the influence of EPS on the nucleation process // Geochim. Cosmochim. Acta, 2009, 73, p. 4180–4198.

Reimer P.J., Brad E., Bayliss A. et al. IntCal13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0-50000 year calBR // Radiocarbon 55(4), Vol. 55, 2013, № 4, p. 1869–1887.

Raudina T., Loiko S., Kuzmina D. et al. Colloidal organic carbon and trace elements in peat porewaters across a permafrost gradient in Western Siberia // Geoderma, 2021, 390(8), p. 114971.

Ruban A., Rudmin M., Dudarev O. et al. The Formation of Authigenic Carbonates at a Methane Seep Site in the Northern Part of the Laptev Sea // Minerals, 2020, 10, р.948.

Slagoda E.A., Kurchatova A.N. Micromorphological Analyses of Main Genetic Permafrost Types in West Siberia // Ninth International Conference on Permafrost, 2008, v. 2, p. 1659 -1663.

Slagoda E.A., Tikhonravova Ya.V., Kuznetsova A.O. et al. Cryoturbations, pseudomorphs, postcryogenic textures and involutions in the frozen sediments of the Pur-Taz interfluve / Solving the puzzles from Cryosphere. Russian Academy of Science Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science RAS “Okabiolab” Ltd. Pushchino, Russia, 2019, р. 109-110.

Trichet J., Defarge C., Tribble J. et al. Christmas Island lagoonal lakes, models for the deposition of carbonate-evaporite organic laminated sediments // Sediment. Geol. 2001, 140, p. 177–189.

Поступила в редакцию 22 апреля 2021 г.,
после доработки – 24 ноября 2021 г.,
принята к публикации 16 января 2022 г.