Физические свойства и строение мерзлотно-геофизических разрезов
Для районов распространения многолетнемерзлых пород и льдов характерны особые типы мерзлотно-геофизических разрезов, которые обусловлены прежде всего физическими свойствами горных пород при отрицательных температурах. Например, плотность горных пород с увеличением льдистости уменьшается, так как лед имеет малую плотность (0,9-0,95 г/см3). Магнитная проницаемость и восприимчивость при промерзании пород не изменяются. Вместе с тем магнитная восприимчивость подземных льдов в десятки и сотни раз меньше, чем вмещающих пород. Удельное электрическое сопротивление льдов из пресных вод очень высокое (105 - 108 Ом*м), а льдов из минерализованных вод ниже (102 - 104 Ом*м) и зависит от содержания в них солей и их состава. Поэтому при промерзании горных пород их сопротивление возрастает обычно скачком (при температурах от -0,5 до -5 С), а иногда плавно (при температурах от -2 до -10
С). В зависимости от литологии, пористости, обводненности, особенностей термического режима, льдистости и криогенного строения сопротивление скальных пород при замерзании увеличивается не более чем в 10 раз, тонкодисперсных рыхлых пород (глины, суглинки) в 10-100 раз, грубодисперсных пород (пески, гравийно-галечниковые отложения) в 100-1000 раз.
Электрохимическая активность ( ) мерзлых и талых пород может значительно различаться вследствие наличия и движения надмерзлотных и межмерзлотных вод. Вызванная поляризация (
) у мерзлых пород выше, чем у талых, и достигает 2-3% для мелкодисперсных пород, 10% - для льда и 15 % - для грубодисперсных пород.
Так как относительная диэлектрическая проницаемость воды = 80, т.е. на порядок выше, чем для большинства породообразующих минералов, а для льда
3, то при замерзании пород
убывает с уменьшением содержания незамерзшей воды. Скорость распространения упругих волн V при переходе пород в мерзлое состояние возрастает. Для льда скорость продольных волн больше (
3500-4000 м/с), чем для воды (
1450 м/с). При промерзании грубодисперсных пород значения
возрастают резко, в 3-5 раз. Увеличение
тонкодисперсных пород происходит более плавно с общим увеличением в 1,5-3 раза. При промерзании скальных пород значения
возрастают обычно не более чем в 2 раза для трещиноватых пород, а для массивных пород скорость может не изменяться. Аналогичные закономерности отмечаются для скорости поперечных волн
. Характерно, что для любых мерзлых пород отношение
примерно постоянно и составляет 0,4-0,6.
Мерзлотно-геофизические разрезы характеризуются следующими основными особенностями: