ИСТИНА

В работе приведены результаты исследований высокогорной криолитозоны Тянь-Шаня, проведенные в 2016 г. Научно исследовательские работы проводились в районе Юго-Западного Тянь-Шаня (Гиссарский хребет) и Северного Тянь-Шаня (Заилийский Алатау). Были продолжены исследования свойств мерзлых грунтов и криогенных процессов на перевалах Анзоб и Жосалы-Кезень, где в прошлые годы авторами уже были начаты геокриологические наблюдения. Нами были пробурены скважины с описанием строения и определением физических характеристик грунтов. В скважинах были размещены датчики температуры, и с помощью логгеров проводилась круглогодичная регистрация изменения температуры грунтов по глубине. С помощью метода ЗСБ (зондирование становлением поля в ближней зоне) были построены геоэлектрические разрезы, на которых были определены как стратиграфические, так и геокриологические границы. С использованием ЗСБ нами были проведено изучение строения снежников в районе Гиссарского хребта.

1. Будут построены геоэлектрические разрезы по пройденным ранее профилям с целью оценки динамики состояния высокогорной мерзлоты и выявления криогенных процессов. 2. Будет изучено строение каменных глетчеров, расположенных в районах наших исследований. 3. Будут изучены и описаны геокриологические процессы и явления на перевалах соседних с перевалами Анзоб и Жосалы-Кезень. 4. В лаборатории будет проведено моделирование промерзания грунтов, отобранных в ходе полевых работ, определены их криогенное строение, физические и теплофизические характеристики. Будет проведено определение электропроводных свойств мерзлых грунтов, находящихся при температуре около 0°С. 5. Будет проведена подготовка собственных материалов и данных метеонаблюдений для математического моделирования геокриологических условий в исследуемых районах.

Работы по изучению состояния мерзлых грунтов на южном Тянь-Шане были нами начаты в 2013 году. На перевале Анзоб в Гиссарском хребте были пробурены первые скважины, изучены характеристики грунтов, проведены геофизические исследования, начаты стационарные наблюдения за температурой грунтов в скважинах, организованы наблюдения за сейсмическими событиями. В 2015 году мы организовали аналогичные наблюдения на северном Тянь-Шане, в районе Алматы, на перевале Жосалы-Кезень. На перевалах были проведены геофизические исследования методом ЗСБ, которые позволили построить первый геоэлектрические разрезы. На перевале Анзоб нами были пройдены две скважины глубиной 3 м, оснащенные терморегистраторами, проводящими запись температурных данных в течении всего года. По данным термометрических наблюдений установлено, что глубина сезонного промерзания в сезон 2013-2014 гг. составила около 1,3 м. На перевале Жосалы-Кезень на склонах северной и южной экспозиции были пробурены 2 скважины глубиной 10 метров. В скважинах были установлены логгеры, которые записывают температуру каждые 6 час. Кроме того, на специальном пункте наблюдений, нами была размещена сейсмостанция, которая регистрирует сейсмические события.

В 2013 году на перевале Анзоб, находящимся на Гиссарском хребте, нами были пробурены первые скважины, изучены характеристики грунтов, проведены геофизические исследования, начаты стационарные наблюдения за температурой грунтов в скважинах, организованы наблюдения за сейсмическими событиями. В 2016 году на Юго-Западном Тянь-Шане мы продолжили геокриологические наблюдения на территории Зиддинского района, района Арджанак. Приведем краткую характеристику района работ. Территория относится к области с континентальным типом субтропического климата с обилием солнечного тепла, значительными суточными и годовыми колебаниями температур воздуха и почвы. Для оценки климатических условий использованы данные гидрометеостанций «Майхура», «Харамкуль» и «Анзобский перевал». Суммарные годовые величины радиационного баланса, по данным гидрометеостанции «Харамкуль», 26-44 ккал/см2. Радиационный баланс в течении года неоднороден: в январе, ноябре, декабре он отрицателен, в остальной период – положителен. Продолжительность солнечного сияния за год составляет 2200-2400 часов. Годовой ход температуры воздуха для всей территории сравнительно однообразен. С января по июль происходит нарастание, с августа – понижение. Отличительной чертой является наличие высотной климатической зональности, проявляющейся в изменении с высотой среднемесячных и среднегодовых температур, их абсолютных значений и амплитуд; продолжительности теплового периода и сдвигом летнего температурного пика. С увеличением высоты среднегодовая температура уменьшается. Температурные градиенты для различных высотных зон неодинаковы. Для интервала от метеостанции «Гушары» до метеостанции «Майхура» он равен 1 град. на 100 м подъема, для интервалов «Майхура» – «Харамкуль», «Харамкуль» – «Анзобский перевал», соответственно 0,31 и 0,83 град. на 100 м. Расчетная высота среднегодовой нулевой температуры составляет 3130 м. Амплитуды среднемесячных температур и абсолютных значений в пониженных местах больше, так как в котловинах зимой воздух застаивается, а летом лучше прогревается. В этих участках в зимнее время происходит инверсия температурного градиента. Особенно это заметно в январе, когда устанавливается ясная, тихая, морозная погода и более тяжелый холодный воздух стекает с гор в пониженные участки рельефа, постепенно там накапливаясь. Так, среднемесячная температура в январена «Харамкуле» составляет -8,9 оС, а на расположенной ниже метеостанции «Майхура» -9,1 оС. Наступление максимума летних температур происходит неодновременно. Для метеостанции «Майхура» максимальная температура в июле, для метеостанций «Харамкуль» и «Анзобский перевал» – в середине и второй половине августа соответственно. В соответствии с температурным режимом воздуха находится и температурный режим почвы. Зимой до глубины 20 см ее температура соответствует температуре воздуха, отличаясь на 1-2 о С. В летнее время температура почвы превышает температуру воздуха на 10-20 о С. Подобная изменчивость приводит к тому, что весной в верхних слоях почвы наблюдается летний ход температуры, на больших глубинах (более 0,5 м) – зимний. В осенний период – наоборот. С возрастанием глубин амплитуда температура уменьшается. На глубинах более 3 м температура практически не испытывает сезонного колебания. Южные склоны Гиссарского хребта являются наиболее увлажненными в пределах всего Таджикистана. Среднемноголетнее количество осадков здесь в зависимости от высоты местности равно 1200-1500 мм/год, а в отдельные годы может достигать 2000 мм/год. Особенности рельефа обусловливают сложный ветровой режим. Для водораздельной части Гиссарского хребта характерны сильные ветры на протяжении всего года, они усиливаются в весенний период. Сильные, более 15 м/сек, ветры на Анзобском перевале наблюдаются 150 дней в году, преобладают ветры северного направления. Формирование снежного покрова связано с условиями рельефа и распространением атмосферных осадков. Максимальная среднегодовая мощность снежного покрова для метеостанции «Майхура» – 153 см, «Харамкуль» – 368 см, «Анзобский перевал» – 210 см. Устойчивый снежный покров формируется, в зависимости от высотных отметок местности, в октябре-декабре и разрушается в апреле-июне. Высота снежного покрова увеличивается с увеличением высоты местности. Вертикальный градиент составляет 10-25 см на 100 м поднятия. Неравномерное залегание снежного покрова, повышенное значение для метеостанции «Харамкуль», которая гипсометрически находится ниже «Анзобского перевала», обусловлено метелевым переносом снега. В геологическом строении района наших работ принимают участие различные по составу и возрасту породы, в основном распространены ордовикские и силурийские отложения, представленные кварцевослюдистыми сланцами, тонкослоистыми известняками и доломитами. Четвертичные отложения имеют изменчивую мощность по простиранию их характеризует континентальность фаций, малую связность и большой спектр генетических типов (оползневые, делювиальные, лавинные и др.). В тектоническом отношении район представляет собой структуру, в центре которой обнажаются породы триасового, юрского, мелового, палеогенового и неогенового возраста, а по периферии на дневную поверхность выходят отложения палеозоя. Среди пород, слагающих верхнюю часть бассейнов рек района, выделяются отложения нижнего и верхнего вулканогенных комплексов. Эти отложения относятся к верхнему карбону и нижней перми, разделенные между собой осадочными флишевыми образованиями и прорванные различными интрузивными породами. Сложность инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических условий изучаемой площади предопределяется разнообразием геологического строения, широким развитием тектонических нарушений, сильным расчлененным рельефом местности, что создает своеобразные условия формирования, транзита, накопления и разгрузки подземных вод. Наиболее водообильные участки приурочены к трещинам выветривания и зонам тектонических нарушений. Немаловажное значение, в отношении накопления подземных вод, имеют тектонические трещины, но ввиду большой глубины их распространения не всегда появляются благоприятные условия для выходов родников на данной территории, несмотря на хорошую обнаженность и достаточно высокую расчлененность рельефа. Как показали наши наблюдения, в районе перевала Анзоб, все инженерногеологические процессы протекают при активном участии криогенного рельефообразующего фактора. Выявлено развитие ряда криогенных процессов, приуроченных к верхнему суглинистому горизонту. Среди них можно отметить развитие солифлюкции и оплывания грунта, которые приводят к образованию солифлюкционных террас. При этом их морфология зависит как от экспозиции и крутизны склона, так и от постоянных микросейсмических колебаний. Широко распространено выпучивание крупнообломочного материала и движение скальных фрагментов по склону. На перевале происходит интенсивное выветривание скальных пород с образованием и отторжением от массива достаточно крупных угловатых глыб. При этом криогенный фактор является одним из основных, благодаря значительным амплитудам колебания температур воздуха и достаточно большому количеству осадков. Результаты такого разрушения хорошо видны по свежим трещинам отрыва скальных обломков от массива. Имеются все основания предполагать, что на перевале Анзоб происходит протаивание крупных м?рзлых массивов, и, возможно, погребенных льдов последнего оледенения. Одну из таких воронок мы наблюдали в ущелье расположенном над перевалом Анзоб. Кроме того, нами отмечено множество просадок грунта вытянутых в цепочки вдоль линий разломов, образовавшихся в тыльной части бугров на склонах и в пределах временных водотоков. По данным расположенной здесь метеостанции, среднегодовая температура воздуха составляет здесь -2,0?С при этом отрицательные среднемесячные температуры воздуха держатся в течение 7 месяцев. Температура поверхности почвы может достигать -30?С. Все это говорит возможности здесь достаточно глубокого промерзания грунтов. По результатам изучения в шурфах нами выявлено, что верхние горизонты сложены карбонатными брекчиями, крупными обломками магматических пород с мелкодисперсным наполнителем, перекрытыми протяженным тонкодисперсным чехлом, который, как показало изучение гранулометрического состава, сложен тяжелыми пылеватыми суглинками. В ходе полевых наблюдений нами, с помощью зонда, проводилось изучение теплопроводных характеристик суглинков, которые показали, что значения коэффициента теплопроводности колеблются от 0,24 до 0,52 Вт/м*?С в подпочвенном горизонте и от 0,66 до 0,90 Вт/м*?С - в средней части разреза. Проведенные нами геофизические исследования на перевале Анзоб позволили скорректировать геоэлектрический разрез, на котором по разнице в электрического сопротивления, хорошо выделяются суглинки, мощностью до 3 м, зона крупнообломочных пород с песчанистым заполнителем, зона скальных пород и зона разломов. Одним из объектов наших геокриологических исследований являются снежники, которые играют значительную роль в формировании рельефа и имеют исключительную важность для реконструкции следов древнего оледенения, так как они наследуют те места, где еще совсем недавно лежали ледники. Объектом наших исследований был снежник, расположенный на левом берегу реки Арджанак являющийся притоком реки Ханако, находящийся в Южной части Гиссарского хребта. Для изучения снежника был выбран метод ЗСБ. Геофизические измерения проводились в мае 2016 года по профилям, расположенным на снежнике. Первый профиль был расположен продольно снежнику, а второй – ортогонально ему. По построенному геоэлектрический разрезу до глубины 30 м можно выделить 3 слоя. Верхний с сопротивлением 3 Ом мощностью 2 м. Второй слой, слой с сопротивлением 1000 Ом мощностью от 15-20 м. Третий слой с сопротивлением 10 Ом имеет мощность около 6 м. Поперечный профиль пересекается с продольным профилем на пикете FT-05. Общая длина поперечного профиля составляет 150 м и состоит из 8 пикетов. Выделяется 4 слоя в ее крае, а по центу выделяется 3 слоя до глубины 30 м. Первый слой с сопротивлением 3 Ом и мощностью примерно 0,5 м. Второй слой с сопротивлением 1000 Ом и мощностью 2 м. Третий - имеет сопротивление в 10 Ом, мощность около 7 м. Под ним выделяется слой с сопротивлением 1000 Ом мощностью около 20 м. Верхний слой мощностью 2 м, имеющий меньшее сопротивление чем второй, представляет собой верхнюю часть снежника т.е. грязную часть с глинистыми частицами, которые уменьшают сопротивление, и с оттаявшими частицами от солнечного света, которые также уменьшает сопротивление. Второй – с большим сопротивлением (1000 Ом) представляет собой слой с чистым снегом мощностью 15-20 м. Третий слой с сопротивлением от 3 до 15 Ом представлен сильно трещиноватыми выветрилыми породами возможно щебнисто-глинистого состава, сильно обводн?нные. Выше по склону, также можно выделить 3 аналогичных слоя, где мощность первого уменьшается до 0,7 м и представлена минерально-органическими наносами на снежнике. Мощность второго слоя с чистым снегом с сопротивлением 1000 Ом также уменьшается от 12 до 7 м. Третий слой представлен трещиновато - выветрелыми обводненными отложениями мощностью 18-25 м. Вероятнее всего под снежником находится субвертикальная трещина, которая заполнена более проводящим материалом, чем в других областях. Можно предположить, что она возникла в результате сейсмических толчков. На месте образования трещины снежник начал подтаивать и заполняться минеральным наносом, который соответствует поверхностным отложением на снежнике, но в последствии был закрыт новым сходом снега и заполнен. Под снежником можно наблюдать тонкий низкоомный слой мощностью 0,25 м, вероятнее всего это слой с оттаявшей водой, накопившейся в яме под снежником. Интерпретация поперечного разреза дает понять, что долина, в которой находится снежник имеет V-образную форму. Т.е. метод ЗСБ дает возможность выявить не только слои, но и рельеф поверхности. По результатам интерпретации можно сказать так же, что практически весь участок однородный т.е. нет существенных отличий на пикетах, что подтверждают и модели для кривых ЗСБ. Под снежником возможно сохранение мерзлых грунтов, находящихся при температуре около 0 ?С. По геоморфологическому описанию, генезис снежника – лавинный, так как лавинные снежники расположены в узких долинах на подножиях склонов. Снежник имеет трапециевидную форму. Длина снежника 200 м, а ширина в его большом сечении 100 м, а в малом примерно 7 м. По этим данным площадь снежника 32000м2, а его объем 177000 м3 исходя из чего можно предположить, что это снежник, обладая большим запасом холода - перелеток. Как упоминалось, на перевале Анзоб нами были пройдены две скважины глубиной 3 м, оснащенные терморегистраторами, проводящими запись температурных данных в течении всего года. По данным термометрических наблюдений установлено, что глубина сезонного промерзания в сезон 2015-2016 гг. составила около 1,3 м. Несмотря на то, что многолетнемерзлых пород нами на перевале Анзоб, на данном этапе исследований, отмечено не было, однако их наличие, исходя из метеорологических наблюдений, вполне допустимо на склонах северной экспозиции. Кроме того, на специальном пункте наблюдений, нами была размещена цифровая сейсмостанция, регистрирующая сейсмические события. А как уже отмечалось выше, сейсмика здесь является не только важным рельефообразующим фактором, но и влияет на температурное поле грунтов. Регистрация микросейсмического фона выполнялась с помощью цифровой трехкомпонентной сейсмостанции – акселерометра «Иркут» (ООО «МГУ-геофизика»). Сейсмостанция была расположена на скальных грунтах в долине ручья Арджанак в пределах Гиссарской зоны на Южном Тянь-Шане. Исследования криолитозоны Тянь-Шаня, начатые нами на перевале Анзоб, были продолжены на Северном Тянь-Шане, на перевале ЖосалыКезень, который находится на водоразделе рек Проходная и Озерная. В августе 2016 года в этом районе нами были организованны полевые исследования. В тектоническом плане район перевала представляет собой зону дробления двух смыкающихся активных тектонических разломов субширотного простирания. В геоморфологическом плане район перевала Жосалы-Кезень отличается от перевала Анзоб преобладанием скальных и моренных форм с большим количеством склоновых отложений. Для этого района характерно формирование каменных глетчеров, находящихся, повидимому, как в активной фазе развития, так и в стадии консервации. Геологический профиль района представляет собой сочетание трещиноватых гранитов и склоновых крупнообломочных отложений, а также моренных образований, представляющих собой скальные фрагменты разного размера и окатанности с песчанисто-суглинистым заполнителем. Одна из наших скважин, на склоне северной экспозиции, пройдена по таким отложениям. Кроме того, активные тектонические и склоновые процессы формируют отложения, сложенные дислоцированными скальными образованиями с глинистым наполнителем в пластичном или текучем состоянии. Авторами на склонах северной и южной экспозиции были пробурены 2 скважины глубиной 4 и 15 метров. В скважинах были установлены логгеры, которые записывают температуру каждые 6 час. Первые температурные замеры дали следующие результаты. Необходимо отметить, что в скважине, пробуренной на склоне северной экспозиции, на глубине 3,7 метра, мы достигли кровли многолетнемерзлых пород, что говорит о величине сезонно талого слоя и при неполном его промерзания, о возможном появлении несливающейся мерзлоты. По данным термометрических наблюдений за 2015-2016 г. установлено, что глубина сезонного промерзания на склоне южной экспозиции составила 4, 9 м, а среднегодовая температура грунтов + 2,2 ?С. Температурные наблюдения в скважине на склоне северной экспозиции показали, что мощность сезонно талого слоя составляет 3,7 м., а среднегодовая температура составляет – 0,7 ?С. В пределах Северного Тянь-Шаня нами также была размещена сейсмостанция. Регистрация микросейсмического фона выполнялась с помощью цифрового сейсморегистратора Zet lab и аналогового трехкомпонентного велосиметра СМ-6 (ИФЗ РАН).Анализ микросейсмических данных за период 2013-2016 гг свидетельствует, что локальные сейсмические события происходят ежедневно в условиях ТяньШаня. Вместе с этим еженедельно регистрируются крупные сейсмические события – землетрясения. Одно из таких событий было зарегистрировано в марте 2015г как нашими сейсмостанциями, так и сейсмостанциями геофизической службы РАН (г. Обнинск). Источник данного землетрясения находился на большом удалении от сейсмостанции (в Афганистане), что объясняет большое временя запаздывания поперечной волны от продольной. На склоне Северной экспозиции, от пробуренной нами скважины до тальвега долины, был пройден геоэлектрический профиль. Профиль проходил в стороне от хозяйственных построек станции ФИАН, и мы использовали метод электроразведки - ЗСБ, который, по результатам предыдущих наших работ в горах, дает весьма удовлетворительные результаты. По геоэлектрическому разрезу до глубины 100 м можно выделить несколько зон, каждая из которых характеризуется своим удельным сопротивлением пород. Верхний слой мощностью 5 – 10 м с сопротивлением 400-800 Ом. Второй слой с сопротивлением 200-500 Ом- мощностью 15 – 40 м. И третий высокоомный слой с сопротивлением 1000 Ом. Первая точка профиля совпадает с местом, где пробурена скважина на склоне северной экспозиции. Полученные нами в ходе бурения данные по составу отложений позволяют проинтерпретировать геофизические данные следующим образом: верхняя часть разреза сложена крупнообломочными склоновыми отложениями, обладающими достаточно низкими электропроводными свойствами, которые, на момент наших наблюдений, находились в талом состоянии. Особый интерес представляет второй горизонт, представленный обломочными грунтами с супесчано-суглинистым наполнителем. К этому горизонту приурочены многолетнемерзлые грунты, верхняя часть которых, во время наших исследований имела температуру близкую к 0 ?С. При таких условиях, кроме льда в грунте достаточно много свободной воды, что и обеспечивает наличие достаточно высокой электропроводимости этих отложений и ограничивает возможности методов электроразведки для обнаружения «высокотемпературной» мерзлоты. Однако используемый нами индукционный способ позволил выделить зону грунтов, имеющую в своем составе лед и отметить его на геоэлектрическом разрезе. Подстилающими, в нашем случае, являются коренные породы, представляющие собой граниты разной степени раздробленности, разбитые, четко выраженными на разрезе, зонами разломов.