Многолетняя мерзлота Печорского угольного бассейна
Большая часть бассейна находится в области развития многолетней мерзлоты. На распределение по площади многолетнемерзлых пород, а следовательно, и на положение южной границы мерзлоты наложили свой отпечаток как влияние на северо-западе относительно теплого моря, так и. наличие на востоке более охлажденного массива горных пород Уральского хребта. Вне области развития мерзлоты находится только крайняя южная часть бассейна.
Мощность слоя многолетней мерзлоты растет в северо-восточном направлении. Так, например, в районе г. Инты максимальная мощность мерзлоты не превышает 12—15 м, у ж. д. ст. Сейда она определяется в 60 м, в районе г. Воркуты достигает 130 м, а на севере бассейна увеличивается до 210 м. Наиболее часто встречаемая мощность мерзлых пород в районе г. Инты определяется в 5 л, у ж. д. ст. Сейда возрастает до 35—40 м, а в районе г. Воркуты достигает 60—70 м.
На площади, занятой мерзлотой, можно выделить области островного и преимущественно сплошного развития многолетнемерзлых пород, причем под последней понимается территория, где площади, занятые многолетнемерзлыми породами, преобладают над таликовыми участками.
В северо-восточной части бассейна развита преимущественно сплошная мерзлота. Граница между островной и преимущественно сплошной мерзлотой в пределах разведанной части бассейна проводится примерно на половине расстояния между ж.-д. станциями Сейда и Абезь. С долей условности можно считать, что эта граница следует по изолинии среднегодовой температуры воздуха, равной минус 5° С, которая в свою очередь примерно соответствует изолинии максимальной мощности, определяемой в 50 м.
Температура горных пород в зоне многолетней мерзлоты на большей части площади колеблется от 0 до минус 2°. Схема мерзлотного районирования бассейна показана на рис. 24.
В зависимости от взаимоотношения между многолетнемерзлой толщей и сезонно талым слоем выделяются участки сливающейся и несливающейся мерзлоты. Под термином «несливающаяея мерзлота» следует понимать такой мерзлотный разрез, где поверхность мерзлого массива залегает ниже слоя сезонного промерзания и отделена от последнего толщей талых пород различной мощности. Глубина залегания верхней поверхности мерзлого массива на участках сливающейся мерзлоты определяется только мощностью слоя летнего оттаивания, который в практике строительства получил название деятельный.
Существенной характеристикой мерзлого массива является сплошность или прерывистость его мерзлотного разреза по вертикали. По этому признаку выделяются две разновидности мерзлоты — сплошная и слоистая. В северо-восточной части бассейна развита преимущественно сплошная мерзлота, а слоистая, которая обычно трудно определима, прослежена пока лишь в отдельных, точках.
Глубина залегания верхней поверхности мерзлого массива, тесно связанная с различной степенью охлаждения дневной поверхности, на площади бассейна неодинакова.
Для предварительной оценки мерзлотных условий на относительно больших площадях тундры в Воркутском районе нашел применение метод мерзлотно-геоботанического картирования, позволяющий по типу растительности судить о мерзлотных условиях различных по морфологии участков. Связь между ландшафтно-растительными комплексами и мерзлотными условиями рассматривается в работе 3. Ф. Руофф. По его мнению, сливающаяся мерзлота в Воркутском районе занимает только около 20% площади.
Вследствие большой расчлененности тундры, а следовательно, и неоднородности ее охлаждения распределение по площади участков сливающейся и несливающейся мерзлоты обычно пестрое.
Верхняя поверхность сливающейся мерзлоты к концу летнего оттаивания регистрируется в интервале глубин 0,6—3,0 м. На остальной же площади верхняя граница мерзлоты чаще всего встречается на глубине 3—8 м, реже бывает опущена до глубины 10 м и на отдельных участках, занимающих 5—8% площади, может быть встречена на глубине ниже 10 м.
Под более утепленными участками тундры конфигурация верхней поверхности мерзлого массива относительно сложная. В частности, под слабо выраженными в рельефе полосами стока она имеет форму «корыта» (рис. 25). Примерно аналогичные формы поверхности мерзлого массива отмечаются под ручьями и небольшими реками (рис. 26).
Под более крупными водотоками, например под р. Воркутой, мерзлота должна отсутствовать. Во всяком случае в подрусловой части реки, где она течет по скальным породам, мерзлоты не отмечено. Мерзлота должна также отсутствовать под хорошо выраженными в рельефе широкими полосами стока. Под небольшими промерзающими в зимнее время озерами и округлыми замкнутыми депрессиями в современном рельефе верхняя поверхность мерзлоты может иметь форму «чаши». Если озера и депрессии имеют большие геометрические размеры, то мерзлота под ними может отсутствовать. При соответствующих тепловых условиях мерзлота должна отсутствовать на участках с близким залеганием к отметкам современной поверхности коренных пород. Один из таких участков с площадью свыше 10 км2 выявлен при производстве поисково-разведочных гидрогеологических работ на восточном крыле Воркутского месторождения.
Температурный режим мерзлого массива в районе Воркутского месторождения пестрый. В зависимости от характеристик и степени охлажденности земной поверхности температура горных пород на глубине 20 м может изменяться в пределах от десятых долей до минус 1,6°, а на глубине 40 м — от минус 0,3 до минус 1,3°. На глубине порядка 60 м температура горных- пород обычно выше минус 1,0°.
Климатические условия региона не только способствовали образованию мерзлого слоя, но и повлияли на величину геотермической ступени. Так, по расчетам Д.В. Редозубова геотермическая ступень должна возрастать с 33 м/град на Сейдинском месторождении до 70 м/град на Силовском месторождении. Для района Воркутского месторождения температура в недрах до глубины свыше 1000 м была определена в глубоких скважинах 1003 и 1100. Абсолютная величина температуры на глубине 1170 м не превышает плюс 18° С. При этом ход температурной кривой в скважинах очень мало отличается от линейного. Геотермическая ступень в породах ниже нулевой геоизотермы, вычисленная по температурной кривой скв, 1100, оказалась равной 59,4 м/град. Геотермическая ступень в мерзлом массиве тоже примерно равна этой величине.