Формационные и геолого-структурные особенности. Инженерно-геологическое районирование Сибирской платформы необходимо для установления на ее территории закономерностей пространственной изменчивости инженерно-геологических условий. Эта задача может быть успешно решена при строгом соблюдении историко-генетических принципов изучения и систематизации всех факторов, определяющих инженерно-геологические условия территории. В основе регионального инженерно-геологического районирования Сибирской платформы лежит инженерно-геологический анализ горных пород и слагаемых ими комплексов, исследование закономерностей их распространения в земной коре.

Современный инженерно-геологический облик горных пород этой территории сформировался под воздействием сложного тектонического режима и климатической обстановки на протяжении всех этапов геологического развития. На основе современных представлений о геологическом строении Сибирской платформы и законах ее развития можно установить генетическую связь между строением, составом, состоянием, физико-механическими свойствами горных пород и их комплексов, приуроченностью этих комплексов к определенным геологическим структурам.

Сибирская платформа имеет двухъярусное строение. Нижний структурный ярус слагают сложнодислоцированные и сильнометаморфизованные формации архейского и раннепротерозойского возрастов, образующие фундамент платформы. На дневную поверхность они выходят, на Алданском и Анабарском щитах и в Ангаро-Канской части Енисейского кряжа. Верхний структурный ярус сложен породами от позднепротерозойского до четвертичного возраста. [4]

Мерзлотно-гидрогеологические условия. Закономерности распределения и мощности многолетнемерзлых пород зависят главным образом от историко-климатических и геолого-структурных особенностей платформы. Учитывая динамику изменения геокриологических условий в голоцене, на территории Сибирской платформы можно выделить две геокриологические зоны: Северную и Южную. Граница зон совпадает с границей смыкания позднеголоценовых и плейстоценовых криогенных толщ и имеет большое инженерно-геологическое значение, так как разделяет территорию с различными современными геокриологическими характеристиками (см. приложение табл. 2). На границе мощность криогенной толщи резко увеличивается, подчеркивая ее разновозрастность. Вблизи границы происходит и переход от сплошного распространения к островному через переходную зону прерывистого распространения мерзлоты. К югу от этой линии отсутствуют плейстоценовые сингенетические мерзлые породы и повторно-жильные льды, но широко развиты термокарст и псевдоморфозы.

При всем разнообразии влияния региональных и местных факторов на территории Сибирской платформы прослеживается широтно-зональное изменение основных характеристик криогенной толщи. В южных районах платформы температура мерзлых горных пород изменяется от О до -1°, а мощность островных массивов мерзлых пород — от 3 до 50 м. В северных районах платформы температура горных пород понижается до -14°, а криогенные толщи мощностью до 1500 м и более залегают практически повсеместно. Площади таликов не превышают здесь нескольких процентов.

Внутризональная неоднородность геокриологических условий определяется влиянием региональных и местных факторов. Важнейший из региональных факторов — мобильность отдельных районов в тектоническом отношении. При оценке роли неотектонических движений с геокриологических позиций следует обращать особое внимание на два аспекта: с одной стороны, на существенное изменение рельефа, а с другой — на образование и омоложение тектонических разломов. Устойчивые поднятия (от 100 до 500 м) характерны для большей части территории Сибирской платформы и обусловливают платообразный расчлененный рельеф, абсолютные высоты которого обычно не превышают потолка инверсии температуры воздуха. В условиях зимнего максимального давления воздуха повышение температуры горных пород происходит от днищ долин к водоразделам. Высотный градиент повышения температуры в среднем 2-3°/100 м.

Только в областях, где тектонические поднятия достигали 500-1000 м (плато Путорана, Енисейский кряж, Ангаро-Ленское и Алданское плато), рельеф поднимается выше потолка инверсии температур воздуха и широтно-зональные закономерности формирования основных характеристик криогенной толщи нарушаются влиянием высотно-поясных особенностей теплообмена. Здесь выше потолка инверсии отмечается увеличение суровости геокриологических условий с повышением абсолютной высоты местности. Градиент понижения температуры горных пород с высотой ориентировочно равен 0,5-0,7°/100 м. С увеличением высоты на каждые 100 м мощность криогенной толщи увеличивается на 40-50 м. На вершинах гор Путорана температура пород достигает -15°, что на 7-8° ниже зонально обусловленных (Фотиев и др., 1974).

На большей части территории коренные породы залегают практически с поверхности. Их криогенное строение определяется трещиноватостью, пористостью и содержанием воды к началу промерзания. Сильная трещиноватость, а следовательно, и льдистость коренных пород до глубины 30-50 м является характерной особенностью Северной зоны. Среди криогенных процессов наиболее развиты: криогенное выветривание и сортировка грунтов, склоновые процессы, а также морозобойное растрескивание грунтов с образованием повторно-жильных льдов и первично-грунтовых жил. Относительные опускания и аккумуляция предопределили геокриологические особенности обширной Центрально-Якутской низменности. Промерзание мощных песчано-глинистых толщ здесь в основном происходило синхронно с накоплением отложений, в результате чего отложения характеризуются значительной льдистостью из-за льда-цемента и широкого развития мощных (до 50 м) сингенетических повторно-жильных льдов. В связи с высокой льдистостью четвертичных отложений и широким развитием повторножильных льдов широко развиты термокарстовые процессы, морозобойное растрескивание и пучение.

Подновление старых и формирование новых тектонических разломов существенно отразились на динамике подземных вод и предопределили особенности формирования геокриологических условий на плато Путорана, вдоль восточного борта Предверхоянского прогиба, в пределах Алданского щита. Специфика геокриологических условий этих районов заключается в уменьшении (по сравнению с зональными характеристиками) мощности толщ многолетнемерзлых пород, увеличении их прерывистости и повышении температуры горных пород.

На большей части платформы геокриологические условия находятся в тесной связи с гидрогеологическими. В связи с тем что в вертикальном разрезе гидрохимические и гидродинамические зоны в различных гидрогеологических структурах сменяются в разной последовательности, а мощность их изменяется в широких пределах, в процессе охлаждения верхних горизонтов земной коры ниже 0^о в строгом соответствии с условиями внешней среды формируется различная по своему строению криогенная толща.

Типы криогенной толщи Сибирской платформы: 1-одноярусная I типа; 2-двухъярусная II типа; 3-двухъярусная III типа; 4-II, IV, VI типы; 5-II, III, VII и VIII типы; 6-подтип «б» криогенной толщи II типа. Границы: 7-гидрологических бассейнов I порядка; 8-площадей распространения различных типов криогенной толщи; 9-площадей распространения подтипов криогенной толщи; 10-области многолетнемерзлых пород. А-артезианские бассейны с индексами 1-8 соответственно: Хатангский, Анабаро-Оленекксий, Котуйский, Оленекский, Тунгусский, Якутский, Ангаро-Ленский, Западно-Сибирский. Г-системы гидрогеологических массивов с индексами 1-10 соответственно: Таймырская, Хантайская, Анабарская, Патомо-Витимская, Байкало-Чарская, Алданская, Верхояно-Колымская, Восточно-Саянская, Даурская

Криогенная толща первого типа развита только в восточной и южной частях платформы, в границах Якутского и Ангаро-Ленского артезианских бассейнов, а также в пределах Енисейской и Алданской систем гидрогеологических массивов. Только в границах этих бассейнов непосредственно под толщей многолетнемерзлых пород, в трещинах и порах горных пород, залегают скопления пресных вод преимущественно гидрокарбонатного состава для промышленного и питьевого водоснабжения.

Двухъярусная криогенная толща второго типа занимает центральную и северную части Сибирской платформы, в границах Анабаро-Оленекского, Котуйского, Оленекского, Тунгусского и Якутского (западная часть) артезианских бассейнов. В границах этих бассейнов непосредственно под толщей многолетнемерзлых пород, в трещинах и порах горных пород — скопление соленых вод и рассолов с отрицательной температурой преимущественно хлоридного состава. Минерализация их достигает 100-200 г/л и только в Анабаро-Оленекском бассейне — 20-30 г/л.

Скопления пресных вод гидрокарбонатного состава здесь могут быть обнаружены только в пределах несквозных таликов фильтрационного вида в руслах и поймах крупных рек, а также под ваннами крупных непромерзающих пресных озер.
Двухъярусная криогенная толща третьего типа развита на территории Анабарской системы гидрогеологических массивов, сложенной плотными кристаллическими породами. Здесь по толщей многолетнемерзлых пород залегают морозные породы, поэтому скопления пресных вод приурочены исключительно к породам сезонноталого слоя, а также к несквозным таликам фильтрационного вида под руслами крупных рек.

Сложным строением криогенной толщи характеризуется плато Путорана. Здесь, на низких водоразделах и в долинах, развита толща второго типа, а в высокогорных частях третий, седьмой и восьмой типы, характеризующиеся преобладанием в разрезе морозных пород, трещины и поры которых не содержат ни воды, ни льда (на карте условно показан восьмой тип криогенной толщи.) На этой территории пресные подмерзлотные воды, видимо, вообще отсутствуют.

Криогенная толща четвертого и шестого типов приурочена в основном к низким морским террасам и шельфу морей Северного Ледовитого океана. Эти типы криогенной толщи характеризуются преобладанием в разрезе скоплений отрицательно-температурных подземных вод морского генезиса. Кроме условно показанного на карте четвертого типа в прибрежных мелководных участках могла сохраниться реликтовая, погруженная в море, криогенная толща второго типа.

К числу региональных факторов, существенно влияющих на условия формирования геокриологической обстановки, относится и литология пород. В первую очередь следует обратить внимание на закономерности распространения на территории области многолетнемерзлых пород, карбонатных пород и оценить региональные условия возникновения и развития карста. Карстовые и артезианские бассейны и артезианские склоны карстово-пластовых вод служат, как известно, областями концентрации родникового стока. Поэтому подземные воды на протяжении всей эпохи охлаждения оказывали существенное противодействие условиям промерзания пород, обусловливая формирование своеобразной геокриологической обстановки.

Под влиянием мощного отепляющего воздействия карстовых вод в этих районах отмечается более высокая температура горных пород, значительная прерывистость и небольшая мощность криогенных толщ. Примером могут служить моноклинальные карстовые бассейны периферии Сибирской платформы, особенно на южных склонах Якутского, Ангаро-Ленского и Тунгусского артезианских бассейнов; в Алданской складчатой области Юхтинско-Ыллымахский и Гынамский карстовые бассейны.

Среди местных факторов, оказывающих влияние на формирование температуры горных пород и в меньшей степени на прерывистость и мощность криогенных толщ, следует выделить: экспозицию склонов, снежный покров, растительность, состав и влажность четвертичных отложений. Они существенно изменяют зональное значение температуры горных пород, в связи с чем необходимо их тщательное изучение при инженерно-геокриологических исследованиях в каждом районе отдельно. Без этих сведений трудно, а иногда невозможно прогнозировать изменения геокриологической обстановки в процессе освоения местности.