Распространение, мощность и среднегодовая температура многолетнемерзлых пород. Характер распространения ММП в пределах Горного Алтая тесно связан, в первую очередь, с абсолютной высотой местности, поэтому при характеристике региона выделяются высотные пояса: сезонного промерзания и развития ММП. Последний подразделяется на подпояса спорадического (редко-островного), островного, массивно-островного, прерывистого и сплошного распространения ММП В данной работе принята следующая типизация геокриологических условий:

ММП сплошного распространения (занимают > 90% площади), мощность ММП > 150 м, средняя годовая температура грунтов (t_гр) от минус 2 до минус 6°С;

ММП прерывистого распространения (60-90% площади), мощность 30-150 м, t_гр от минус 0,5 до минус 3°С;

ММП массивно-островного распространения (30-60% площади), мощность 20-50 м, t_гр от минус 0,5 до минус 2°С;

ММП островного распространения (10-30% площади), мощность 10-30 м, t_гр от минус 0,1 до минус 1°С;

ММП спорадического распространения (< 10% площади), мощность < 20 м, t_гр от минус 0 до минус 0,5°С (Горбунов и др., 1996). В каждом из них мерзлые породы отличаются по мощности, температуре и типичным комплексам криогенных процессов. трасса газопровода в пределах Горного Алтая, постепенно поднимаясь по рельефу в направлении с северо-запада на юго-восток и далее на юго-запад, проходит через все перечисленные выше геокриологические пояса и подпояса.

Помимо абсолютной высоты, на пространственное распределение ММП существенное влияние оказывает характер рельефа, который в пределах Горного Алтая отличается большим разнообразием по высотам, степени и характеру расчлененности. Границы геокриологических поясов могут значительно смещаться вниз и вверх по склонам в зависимости от ориентировки хребтов, экспозиции и крутизны склонов, состава поверхностных отложений, характера растительности. Так, на южных макросклонах хребтов нижняя граница распространения ММП находится в среднем на 200-300 м выше, чем на северных. А на склонах западной экспозиции нижняя граница многолетнемерзлых пород опускается значительно ниже, чем на восточных склонах (Розенберг, 1989, 1990).

Первые перелетки и острова ММП появляются в северо-западной низкогорной части Алтая на абсолютных высотах 1100-1200 м на северных склонах хребтов и 1300-1400 м - на южных и приурочены, главным образом, к привершинным частям склонов северной экспозиции, к торфяникам и скоплениям грубообломочного коллювия у подножий затененных крутых склонов долин. На аномально низких высотах (850-900 м) встречаются линзы мерзлых пород в древних захоронениях урочища Шибэ в долине р. Урсул (Грязнов, 1929). С этими образованиями связан феномен существования так называемой "подкурганной мерзлоты", возникающей и сохраняющейся в условиях консервации холодного воздуха в пустотах каменной наброски древних погребений.

Мощность мерзлых массивов в пределах подпояса спорадического распространения ММП составляет от первых метров до 15-20 м, температура грунтов не опускается ниже минус 0,5°С (Технический отчет …, 2007). Острова мерзлых пород и перелетки занимают площадь от нескольких десятков квадратных метров до нескольких квадратных километров и занимают не более 10% от площади подпояса. Такое распространение мерзлых пород обусловлено орографическими и климатическими особенностями района, представляющего собой постепенно повышающееся к юго-востоку низкогорье, переходящее в среднегорье с отдельными вершинами, достигающими 1500 м.

По мере увеличения абсолютной высоты происходит увеличение площади массивов ММП и степени покрытия ими территории. Нижняя граница подпояса островного распространения ММП располагается в пределах Северного и Центрального Алтая в интервале абсолютных высот 1400-1500 м на северных склонах и 1600-1700 м - на южных. Площадь массивов мерзлых пород в пределах этого подпояса может достигать нескольких десятков квадратных километров, их мощность - 10-30 м, температура пород - от минус 0,1 до минус 1°С. Мерзлые породы занимают от 10 до 30% от общей площади подпояса и приурочены к склонам северной экспозиции, хорошо увлажненным днищам долин и межгорных депрессий, сложенным оторфованными озерными и озерно-аллювиальными отложениями.

Нижняя граница подпояса массивно-островного распространения ММП находится на Северном и Центральном Алтае на абсолютных высотах 1800-1900 м на северных склонах и на 2000-2100 м - на южных. В этом подпоясе ММП занимают от 30 до 60% площади и отсутствуют на склонах южной четверти, а также под реками, озерами и в хорошо промытых песчано-галечных отложениях (Технический отчет …, 2007).

В пределах пересекаемых трассой крупных межгорных депрессий - Курайской и Чуйской - граница массивно-островного распространения ММП опускается ниже: в Курайской впадине она прослеживается с 1500 м на северных склонах и в днище и с

1800 м - на склонах южной экспозиции. В центральной части впадины мерзлые породы имеют островное и массивно-островное распространение, на левобережье р. Чуя - прерывистое, а выше, на склонах Курайского и Северо-Чуйского хребтов, мерзлые породы имеют сплошное распространение. Такое распределение ММП связано с высокой степенью континентальности климата впадин, расположенных в глубине горной страны, малым количеством осадков и существованием устойчивой зимней инверсии, существенно охлаждающей горные породы.

Мощность ММП в подпоясе их массивно-островного распространения колеблется от 20 до 50 м, температура пород от минус 0,5 до минус 2°С. Площадь массивов ММП достигает десятков квадратных километров. На отдельных участках, сложенных валунно-галечными отложениями, отмечаются несливающиеся ММП, верхняя граница которых залегает на глубине 10-16 м, что связано с хорошими фильтрующими способностями рыхлых грунтов (Малолетко, 1970). В таких местах активно протекают процессы пучения, наледеобразования, термокарста.

Подпояс прерывистого распространения ММП в Центральном Алтае располагается выше 2300-2400 м на северных склонах хребтов и выше 2500-2600 м - на южных. Мерзлые породы в этом подпоясе занимают 60-90% территории. Нижняя граница подпояса, чутко реагирующая на изменения местных условий, даже в пределах небольших участков весьма динамична. В пределах данного подпояса мерзлые породы развиты не только в днищах депрессий и на склонах северной и близких к ней экспозиций, но и у их подножий, а также, при благоприятных условиях (например, хорошо увлажненные глинистые отложения) - и в верхних частях южных склонов. ММП склонов северной экспозиции и днищ депрессий часто сливаются между собой. При этом в днищах депрессий прерывистые ММП опускаются значительно ниже, чем на окружающих склонах. Так, Чуйская впадина, днище которой не опускается ниже 1750 м, характеризуется прерывистым распространением ММП (60-90% площади) с талыми массивами, приуроченными к руслам и поймам рек, озерам в центральной части депрессии, а также к промытым гравийно-галечным отложениям у южного обрамления впадины в полосе, примыкающей к моренному валу, перекрывающему выход р. Тархаты в Чуйскую впадину (Технический отчет …, 2007).

Мощность многолетнемерзлой толщи обычно превышает 30-50 м и достигает 150-160 м вблизи пос. Акташ на высоте 2500-2600 м (Шац, 1978), температура пород колеблется от минус 0,5 до минус 3°С. В межгорных депрессиях мощность ММП сокращается: в Чуйской впадине нижняя граница мерзлой толщи расположена, как правило, на глубине 45-60 м, совпадая с подошвой алевритовой тархатинской свиты, перекрывающей карбонатные глины туекрыкской свиты. В одной из скважин, вскрывшей границу этих двух свит, мерзлые породы прослеживались до глубины 75 м, ниже залегали талые породы, а с глубины 182,0-182,6 м был поднят керн льда, принадлежащий, возможно, реликтовой мерзлой толще.

Нередко мерзлая толща в Чуйской впадине имеет слоистое строение: в 5 км от пос. Тебелер скважина вскрыла толщу мерзлых пород в интервале 3,0-56,3 м, при этом на глубинах 6,8-8,0 м и 11-23 м расположены горизонты талых пород (Розенберг, 1989). Такое слоистое строение мерзлой толщи, как и заглубление ее кровли местами до 16 м, связаны с зонами транзита грунтовых вод.

Высотный подпояс сплошного распространения ММП занимает наиболее приподнятые участки окаймляющих трассу хребтов: Курайского, Северо-Чуйского, Южно-Чуйского, Сайлюгемского, Южный Алтай и плоскогорья Укок. Нижняя граница подпояса проходит на высотах 2400-2500 м на северных склонах хребтов и 2600-2700 м - на южных. Мерзлые породы в его пределах занимают более 90% площади и фиксируются уже на большей части южных склонов, а при благоприятных условиях занимают их целиком. ММП отсутствуют лишь под крупными озерами и реками (экзогенные талики), ледниками (полигенные талики), а также в узких полосах активных тектонических разломов с интенсивным геотермическим теплопотоком (эндогенные талики). Эти глубокие разломы служат путями фильтрации грунтовых вод. Такие сквозные водовыводящие талики отмечены, например, в верховьях р. Калгута на высоте 3000 м (Шац, 1978). Хотя мощность мерзлой толщи в гранитах ордовика достигает здесь 200 м, отмечено много источников, выходящих из трещин горных пород или через толщу ледниковых отложений и осыпей. Дебит отдельных источников в летнее время колеблется от 2 до 229 л/сек, температура воды - от 1 до 3°С. Зимой расходы воды сокращаются в десятки раз, но их вполне достаточно для образования наледей мощностью до 0,6 м.

Мощность криолитозоны в коренных породах, слагающих хребты, составляет: 360-400 м на высотах 2800-2900 м в Сукорском блоке, разделяющем Чуйскую и Курайскую впадины; 300-350 м на высотах 3000-3500 м в хр. Сайлюгем; 200 м на высотах 2850-

3320 м на плато Укок в верховьях р. Калгуты (Шац, 1978). Температура горных пород понижается с высотой местности и достигает минус 5°С на высоте 2900 м в районе Чаган-Узунского месторождения в Северо-Чуйском хребте. В наиболее приподнятой части Горного Алтая, на абсолютных отметках более 4200 м, мощность ММП может достигать 1 км, а температура пород минус 11°С.

Суммарная протяженность участков, занятых ММП различных типов распространения (от спорадического до сплошного) в пределах Горного Алтая составляет по трассе газопровода 422 км (2060-2080 км, 2085-2172 км, 2212-2215 км, 2310-2622 км) (Технический отчет …, 2007).

Сезонное промерзание и протаивание грунтов. Пояс сезонного промерзания горных пород в Горном Алтае занимает обширный высотный диапазон: от предгорий, где сезонному промерзанию подвержена вся территория, до высокогорной зоны, в которой сезонное промерзание приурочено к таликовым зонам. Природные условия, определяющие фоновую глубину сезонного промерзания и зависящие от абсолютной высоты, сильно осложнены влиянием локальных факторов, главными из которых являются снежный покров, экспозиция склонов, тип растительности, состав и теплофизические свойства пород. Иногда их влияние бывает более заметным, чем влияние абсолютной высоты.

Отепляющее влияние снега на почвогрунты возрастает по мере возрастания снежности (от малоснежных внутригорных районов к многоснежным на западной их периферии), с увеличением абсолютной высоты местности и с переходом от южных склонов к северным. В многоснежные холодные зимы на южном склоне из-за малой высоты снежного покрова и прерывистого характера его залегания глубина промерзания может быть в 3-5 раз больше, чем на северном. Глубина сезонного промерзания, таким образом, изменяется в низкогорном поясе в среднем от 1-1,5 м на северных заснеженных склонах и в долинах рек до 3,5-4 м - на южных малоснежных.

Наибольшей глубиной промерзания отличаются щебнистые и глыбовые крупнообломочные отложения различного происхождения. Вследствие большого количества пустот (до 30-40% от общего объема), высокой теплопроводности каменного материала и малой теплопроводности заключенного в пустотах воздуха, а также слабого турбулентного теплообмена в этих толщах, складывается своеобразный термический режим, резко отличающийся от такового на участках с мелкоземистыми грунтами и развитым почвенно-растительным покровом. Глубина сезонного промерзания осыпей на абсолютной высоте 600-700 м нередко достигает 3-4 м, а на прилегающих задернованных участках с суглинисто-щебнистыми грунтами она не превышает обычно 1,5 м. На уровне 1200 м глыбово-щебнистые осыпи промерзают на 5-6 м, в то время как в грунтах лугового склона глубина промерзания не превышает 1 м.

Во впадинах Юго-Восточного Алтая грунты промерзают на глубину более 3 м, охлаждаясь при этом до - 15…-20°С. Температура пород ниже - 10°С на глубине 1 м сохраняется около 5 месяцев, а общий период сохранения сезонномерзлого слоя составляет 160-180 дней. В Чуйской впадине промерзание начинается в октябре, а температура сезонномерзлого слоя может опускаться до - 26,4°С. На пойме р. Чуя сезонное промерзание достигает в январе глубины 6,5 м. Протаивание сезонномерзлого слоя начинается обычно в апреле с поверхности. К середине лета верхний слой мощностью около 20 см прогревается до 10°С, к августу эта температура достигает глубины 90-95 см. Максимальный прогрев грунтов на глубине 3 м до 3°С, происходит к концу сентября-началу ноября.

Глубокое сезонное промерзание таликов приводит к возникновению гидростатического напора подземных вод и прорыву их на поверхность или в вышележащие слои, что приводит к образованию наледей и сезонных гидролакколитов.

Максимальная глубина сезонного протаивания грунтов в пределах подпоясов островного и массивно-островного распространения ММП составляет 0,4-0,8 м в торфяниках, 0,9-1,6 м и более - в суглинках, 1,2-3,0 м - в супесях и до 5 м - в галечниках с супесчано-суглинистым заполнителем.

В подпоясе прерывистого распространения ММП глубина сезонного протаивания составляет 0,4-0,5 м в торфяниках, 0,3-2,5 м - в суглинках и 1,0-3,2 м - в супесях. Максимальной мощности (до 5 м) сезонноталый слой достигает в аллювиально-пролювиальных и флювиогляциальных галечниках, слагающих Чуйскую и Курайскую впадины.

В подпоясе сплошного распространения ММП сезонное протаивание проникает на глубину до 0,5 м в торфяниках, 1,7 м - в суглинках и до 4,5 м - в супесях, песках и галечниках.

Процесс устойчивого промерзания сезонноталого слоя начинается в подпоясе островного распространения ММП в начале-середине октября и заканчивается слиянием с многолетнемерзлой толщей в конце ноября - начале декабря. В каждом из следующих лежащих выше геокриологических подпоясов промерзание начинается и заканчивается на 20-25 дней раньше.

Разнообразие природных условий является причиной того, что в Горном Алтае развиты различные типы сезонного промерзания и оттаивания пород - от переходного до устойчивого и неустойчивого (выше снеговой линии), и от умеренно-морского до резко континентального. При всем многообразии наиболее распространены переходные и полупереходные повышенно и резко континентальные типы во впадинах, и континентальные и умеренно морские - в низко-среднегорьях (Технический отчет …, 2007).

Криогенное строение многолетнемерзлых пород. В Горном Алтае у нижней границы пояса ММП, где мощность их невелика, преобладает однослойное строение толщи, представленной мерзлыми рыхлообломочными породами. Выше по рельефу однослойное строение сменяется двухслойным: нижний сложен скальными мерзлыми или морозными породами, верхний - мерзлыми рыхлообломочными образованиями. Еще выше, на границе альпийского и нивального поясов, криолитозона вновь становится одноярусной, но здесь она сложена, в основном, мерзлыми и морозными скальными породами.

Наибольшим разнообразием криогенного строения отличаются рыхлые четвертичные отложения различного генезиса.

Верхнеплейстоцен-голоценовые аллювиальные, озерные и озерно-аллювиальные отложения (a, l, la III-IV). В условиях расчлененного рельефа аллювиальные отложения развиты фрагментарно и чаще всего встречаются в парагенетическом комплексе с рыхлыми породами других разновидностей: делювиальными, солифлюкционными, флювиогляциальными, обвально-осыпными. Это обстоятельство в сочетании с влиянием климатической и орографической зональности отражается в сложном строении аллювия, его плохой сортировке, пестром гранулометрическом составе. Суммарная влажность песчано-галечных отложений не превышает, как правило, 10-15%, наиболее распространенной криогенной текстурой является массивная, в слоях с преобладанием гальки - корковая и пленочная. Для аллювиальных супесей, суммарная влажность которых 15-20%, характерна тонко - и среднешлировая мелкослоистая криотекстура. Для аллювия преимущественно суглинистого состава характерно более высокое содержание подземного льда по всему разрезу - до 25-30%.

При эпигенетическом промерзании озерных и озерно-аллювиальных отложений, прошедших основные стадии диагенеза и относительно обезвоженных, условия для сегрегационного льдовыделения в целом неблагоприятны. Наиболее выраженные шлиры сегрегационного льда встречаются в верхних частях мерзлой толщи (первые 2-3 м от кровли ММП), суммарная влажность которых достигает 35-40%. Вниз по разрезу суммарная влажность уменьшается до 15-20% и шлиры льда становятся реже, заменяясь гнездовым и поровым льдом-цементом. Иная картина наблюдается при промерзании слаболитифицированных осадков, происходящем одновременно с их накоплением. Большим разнообразием характеризуется криогенное строение позднечетвертичных озерных отложений, промерзавших в субаквальных условиях. Критическая толщина слоя воды, меньше которой возможно многолетнее промерзание осадков, равна 1,2-1,5 м. Промерзание происходит в условиях обмеления озер. При этом козырек мерзлых пород, сложенных слаболитифицированными осадками, распространяется в сторону сквозного подозерного талика, формируя два горизонта: верхний с наложенными криотекстурами сегрегационного и сегрегационно-цементного типа, и нижний - с унаследованными сегрегационными криотекстурами.