Лед в мерзлых породах. Особенности формирования состава и строения внутригрунтового льда

Лед в мерзлых породах может находиться в виде:

– отдельных кристаллов размером от неразличимых простым

глазом до четко видимых, часто образующих скопления в виде

гнезд;

– закономерно залегающих в породе горизонтальных,

наклонных и ледяных вертикальных шлиров, слоев, линз различной

толщины, расположенных на различном расстоянии друг от друга и

образующих определенные криогенные текстуры;

– крупных масс подземного льда, таких как, например, ледяные

жилы (повторно-жильные льды) и пласты льда, которые можно рас-

сматривать как мономинеральную горную породу.

В настоящее время известны три аморфных разновидности и 15 кристаллических модификаций льда. Фазовая диаграмма показывает при каких температурах и давлениях существуют некоторые из этих модификаций.

Фазовая диаграмма льда. Давление (ГПа) в логарифмическом масштабе, температура слева — в градусах Цельсия, справа — Кельвина, 1 — жидкая фаза

Лед , являясь обязательной компонентой мёрзлых грунтов в противоположность твёрдым минеральным частицам представляет собой мономинеральную криогидратную породу с весьма своеобразными физико-механическими свойствами. Кроме льда в грунтах могут содержаться и другие криогидратные минералы, например, углекислый натрий Na2 Co3 ,хлористый магний MgCl2 . Льдом называют все твёрдые модификации воды, независимо от их кристаллического или аморфного состояния. Различают несколько модификаций льда, образующихся при отрицательных температурах и соответствующих давлениях: три кристаллических модификации: 1,2,3,аморфную модификацию, образующуюся при «глубоком» замораживании и кристаллическую воду, существующую при высоких давлениях и положительных температурах. В мёрзлых грунтах содержится лёд 1-й модификации (существующий при температурах до –100°С и при обычных давлениях),он является важнейшей компонентой мёрзлых грунтов. Он имеет высокую анизотропию свойств, например, механические свойства его кристаллов в направлении перпендикулярном главной оптической оси подчиняются законам реологической механики, в параллельном же направлении–напротив, после упругих деформаций наступает хрупкое разрушение. Кроме того, электро- молекулярные связи льда значительно превосходят электро- молекулярные связи свободной воды, что и обусловливает адсорбцию свободной воды поверхностью льда.

Льдонасыщенность и характер распределения льда в разрезе многолетнемёрзлых пород во многом определяются условиями их промерзания. Лёд, распределённый в мёрзлой породе в виде различных по величине, в целом относительно небольших, но видимых глазом линз, пропластков, слоёв, зёрен и включений другой формы, а также заполняющий поры в породе(лёд-цемент), определяет криогенную текстуру.

Классификация генетических типов подземных льдов

Типы

Конституционные льды

Пещерно- жильные льды

Погребённые льды

В зависимости от заполнения пор льдом различают (Шумский,1957) следующие виды льда цемента: контактный , находящийся в местах контакта частиц скелета; плёночный , обволакивающий поверхность частиц, оставляя часть пор незаполненными; поровый , заполняющий поры целиком; и базальный , образующий основную массу породы и разобщающий частицы минерального скелета.

Формирование всех видов льда в промерзающем грунте определяется понятием льдообразование.

При фиксировании грунтовой влаги на месте, между частицами грунта, без

существенного ее перемещения и поступления в промерзающий горизонт извне,

формируется лед-цемент, при этом не исключается некоторое перемещение самих частиц.

При формировании отдельных ледяных включений (шлиров) за счет

соответствующего перемещения воды следует говорить о льдовыделении.

Если общая масса льда в данном горизонте промерзающего грунта со шлировой

криогенной текстурой больше, чем масса воды, содержащейся в нем до промерзания, а

увеличение объема при промерзании превышает более чем 10%, следует говорить об

избыточном льдовыделении.

При таком же увеличении весовой и объемной льдистости, но при отсутствии

признаков льдовыделения следует говорить об избыточном льдонакоплении.

При формировании льда-цемента образуется массивная криогенная текстура.

Строение льда-цемента и его взаимосвязи с минеральными и органическими частицами

могут быть различными, поэтому выделяются контактный, пленочный и поровой лед-

цемент. Если минеральные, органические частицы или агрегаты со всех сторон окружены

льдом, следует говорить о базальной криогенной текстуре. Базальная криотекстура часто

бывает связана с избыточным льдонакоплением. Эту текстуру следует отличать от массивной, физико-механические свойства грунта в этом случае

резко изменяются.

Билет № 16