Рус Eng За 365 дней одобрено статей: 1973,   статей на доработке: 286 отклонено статей: 825 
Библиотека
Статьи и журналы | Тарифы | Оплата | Ваш профиль

Вернуться к содержанию

Изотопно-геохимический состав пластовых ледяных залежей на междуречье рек Мордыяха и Сеяха (Мутная), Центральный Ямал
Васильчук Юрий Кириллович

доктор геолого-минералогических наук

профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ)

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009

Vasil'chuk Yurij Kirillovich

Doctor of Geology and Mineralogy

Professor, the department of Geochemistry of Landscapes and Soil Geography, Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2009

vasilch_geo@mail.ru
Другие публикации этого автора
 

 
Буданцева Надежда Аркадьевна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Budantseva Nadine Arkad'evna

PhD in Geography

Senior Scientific Associate, the faculty of Geography, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2007

nadin.budanceva@mail.ru
Васильчук Джессика Юрьевна

аспирант, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2007

Vasil'chuk Jessica Yur'evna

Post-graduate student, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2007

jessica.vasilchuk@gmail.com
Васильчук Алла Константиновна

доктор географических наук

ведущий научный сотрудник, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, Лаборатория геоэкологии Севера

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. Ж10

Vasil'chuk Alla Constantinovna

Doctor of Geography

Leading Scientific Associate, the faculty of Geography, Laboratory of Geoecology of the North, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. Zh10

alla-vasilch@yandex.ru
Гаранкина Екатерина Вадимовна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, кафедра геоморфологии и палеогеографии

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 1711

Garankina Ekaterina Vadimovna

PhD in Geography

Senior Scientific Associate, the faculty of Geography, the department of Geomorphology and Paleogeography, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 1711

evgarankina@gmail.com
Чижова Юлия Николаевна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

109017, Россия, г. Москва, ул. Старомонетный Переулок, 35 строение 1, оф. 102

Chizhova Julia Nikolaevna

PhD in Geography

Senior Scientific Associate, Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences

109017, Russia, g. Moscow, ul. Staromonetnyi Pereulok, 35 stroenie 1, of. 102

eacentr@yandex.ru
Шоркунов Илья Германович

кандидат географических наук

научный сотрудник, Институт географии РАН, отдел географии и эволюции почв

119017, Россия, г. Москва, ул. Старомонетный Переулок, 29, оф. 58

Shorkunov Ilia Germanovich

PhD in Geography

Scientific Associate, Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences, sector of Geography and Evolution of Soils

119017, Russia, g. Moscow, ul. Staromonetnyi Pereulok, 29, of. 58

shorkunov@gmail.com

Аннотация.

Объектами исследования являются пластовые ледяные залежи в долине в верховьях р.Мордыяха и на террасе в верховьях р.Сеяха (Мутная) в центральной части Ямала. Первое из изученных обнажений пластового льда располагается в центре Ямала, в верховьях р.Мордыяха (68°11ʹ18ʺ с.ш., 68°51ʹ39ʺ в.д.), на абсолютных отметках 66-70 м. Второе - (70°23,4 с.ш., 68°19,4 в.д.) располагается в 0,6 километрах к юго-западу от промысловой базы ГП-1 Бованенковского месторождения и в 5 км к северо-западу от поселка Бованенково, на абсолютных отметках 87 м. Авторы подробно рассматривают строение пластовых залежей и особенности их контактов с вмещающими породами. Выполнены исследования содержания стабильных изотопов кислорода и водорода во льду, состав главных анионов и катионов, а также изучины спорово-пыльцевые остатки во льду. Основными выводами проведенного исследования являются: а). Изученные пластовые залежи относятся к залежам внутригрунтового типа; б). Одним из главных источников воды, из которой сформировался пластовый лед, были озерные воды и вода подозерных таликов; в). В процессе формирования льда происходило заметное изотопное фракционирование, которое привело к формированию пластов с изотопным составом несколько более тяжелым, чем исходные озерные воды.

Ключевые слова: пластовый лед, повторно-жильный лед, изотопы кислорода, изотопы водорода, анионы, катионы, пыльца и споры, поздний плейстоцен, голоцен, Ямал

DOI:

10.7256/2453-8922.2018.1.25833

Дата направления в редакцию:

06-04-2018


Дата рецензирования:

06-04-2018


Дата публикации:

07-04-2018


Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта №14-27-00083-П (изотопные определения), РФФИ: проект 17-05-00794 (спорово-пыльцевой анализ), проект 17-05-00793 (геохимический анализ), проект 16-05-00977 (изотопная интерпретация) и бюджетного финансирования Московского университета имени М.В. Ломоносова с использованием масс-спектрометрического оборудования, приобретенного на средства Программы развития МГУ.

Abstract.

The objects of this research is the massive ice beddings in the valley Mordyakha River valley, as well as the terrace of Seyakha River (Mutnaya) in the central part of Yamal Peninsula. First of the studied ice bedding outcrops is located the center of Yamal Peninsula, in the upper reaches of Mordyakha (68°11ʹ18ʺN, 68°51ʹ39ʺE), at absolute elevation of 66-70 m; the second one (70°23.4 N, 68°19.4 E) is located 0.6 km towards southwest of the field base GP-1 Bovanenkovo deposit and 5 km towards northwest of Bovanenkovo settlement, at absolute elevation of 87 m. The authors meticulously examine the structure of bedded deposits and peculiarities of their contacts with the enclosing rocks. The article studies the concentration of stable isotopes of oxygen and hydrogen in ice, composition of the main anions and cations, as well spore-pollen remains within ice. The following conclusions were made: a) the studied bedded deposits are classifies as intra-ground type; b) one of the main water source that formed massive ice were lake waters and talik water ; c) in the process of ice formation took place a significant isotope fractionation, which led to the formation of layers with isotope composition heavier than the original lake waters.

Keywords:

Holocene, Late Pleistocene, pollen and spores, cations, anions, hydrogen isotopes, oxygen isotopes, ice wedge, massive ice, Yamal Peninsula

Введение

Цель нашей работы – исследовать пластовые ледяные залежи в долине в верховьях

р.Мордыяха и на террасе в верховьях р.Сеяха (Мутная) в центральной части Ямала, выполнить исследования содержания стабильных изотопов кислорода и водорода во льду, состав главных анионов и катионов, а также изучить спорово-пыльцевые остатки во льду. На основе этих данных выявить условия формирования льда и показать, что пластовые льды, вероятнее всего, здесь гетерогенны и их источником были озёрные воды.

Район исследований и отбор образцов

Первое из изученных обнажений пластового льда располагается в центре Ямала, в верховьях р.Мордыяха (68°11ʹ8ʺ с.ш., 68°51ʹ39ʺ в.д.), на абсолютных отметках 66-70 м. Второе обнажение располагается в 5 км к северо-западу от поселка Бованенково, на абсолютной отметке 87 м (70°23,4 с.ш., 68°19,4 в.д.).

Рис. 1. Pасположение изученных пластовых льдов на полуострове Ямал: Мерзлотные зоны: 1 – 2 – зона сплошного распространения многолетнемёрзлых пород: 1 – среднегодовая температура пород ниже –5°С, 2 – температура от –3 до –5°С, 3 – зона массивно-островного и островного с поверхности распространения многолетнемёрзлых пород, среднегодовая температура пород от 0 до –3°С); 4 – границы мерзлотных зон; 5 – расположение пластовых залежей: Бов – Бованенковской, в долине р.Сеяха (Мутная), Мор – Мордыяхинской, в верховьях р.Мордыяха

Залежь в верховьях р.Мордыяха мощностью более 4 м с нормальной горизонтальной слоистостью по латерали переходит в вертикально слоистый лёд (рис. 2) и рассекается 4-5-метровыми сингенетическими повторно-жильными льдами (рис. 3).

Рис. 2. Косовертикальнослоистый пластовый лед в верховьях р.Мордыяха. Красные квадраты – точки отбора образцов льда. Фото Ю.Васильчука

Рис. 3. Пластовый лед, рассекаемый сингенетическим повторно-жильным льдом в верховьях р.Мордыяха. Красные квадраты – точки отбора образцов льда. Фото Н.Буданцевой

Слои льда вскрываются в левой части обнажения под углом 65-75°. В центральной части обнажения лед относительно чистый, слоистость просматривается за счет прослоев льда разного цвета. Ширина этих прослоев от 1-3 до 10-15 см. Влево этот лед постепенно переходит в ледогрунт также косо-вертикально ориентированный. Грунтовые прослои представлены серой супесью. Ближе к периферии залежи, влево, количество грунта возрастает и примерно в 10 м от центральной ледяной части пластовая залежь заканчивается, и вмещающими отложениями здесь является серый песок. Вправо от центральной части с косо-вертикальнослоистым льдом, в верхней части расположена несколько более поздняя вкладка, представленная горизонтально-слоистым льдом. Ширина этой вкладки около 10-12 м, высота – 2,5-3 м. Слева и справа от горизонтальной ледяной вкладки располагаются ледяные жилы, сложенные желтовато-серым льдом. Хвосты этих жил входят в расположенный ниже косо-вертикальнослоистый лед. Подобные находки парагенетических сочетаний в едином разрезе повторно-жильных и пластовых льдов в криолитозоне единичны [1].

На территории Бованенковского НГКМ исследовано обнажение пластовых льдов в северной части озера Ханикосито (точка Л (1-64) на рис. 4), в обнажении террасы р.Сеяха (Мутная) изучены повторно-жильные льды (точка Ж (1-23) на рис. 4).

Рис. 4. Расположение мест отбора проб льда и воды на территории Бованенковского НГКМ

Обнажение пластового льда вскрывается в бортах термоцирка по его периметру (рис. 5, 6). Вершина термоцирка располагается в 130 м от берега озера. Видимая часть обнажения имеет ширину около 30 м, высоту 6 м.

В разрезе в вершине вскрываются:

0-12 см – оторфованный бурый легкий суглинок с включениями сфагновых мхов.

12-20 см – серовато-бурый средний суглинок с выраженной угловато-крупитчатой структурой.

20-85 см ­– оглеенный сизоватый средний суглинок

85-200 см – серый и бурый ледогрунт (подробное описание – табл. 1.)

200-600 см – пластовый лёд (подробное описание образцов – табл. 3).

Произведен горизонтальный отбор образцов на глубине 3 м через каждые 5-10 см, и вертикальный отбор до глубины 6 м (рис. 5).

Рис. 5. Обнажение пластового льда в северной части оз. Ханикосито, Бованенковское НГКМ (точка Л (1-64) и схема отбора образцов. Фото Е.Гаранкиной

Рис. 6. Пластовый лед в северной части оз. Ханикосито, Бованенковское НГКМ: а - общий вид, б – фрагмент пласта, где производился отбор образцов льда. Фото Дж.Васильчук

Таблица 1

Описания отложений верхней части толщи, вмещающей позднеплейстоценовые пластовые льды в районе Бованенковского НГКМ

Глубина, см

Описание

Пачка

85-95

Ледогрунт мелкошлировый (мощность шлиров льда 0,5-3 мм на расстоянии 2 мм-1 см)

I (85-125 см) пласт ледогрунта прослеживающийся вдоль всего разреза. Переход к нижележащей пачке постепенный по размеру и кол-ву обломков суглинка, а также по характеру криогенной структуры.

100-110

Ледогрунт с сетчатой криотекстурой, с вклчениями грунта размером от 1 до 3 см

110-125

Прозрачный лед с пузырьками воздуха и призматическими осколками суглинка

130-150

Мелкосетчатая криогенная текстура, осколки грунта размером 1-3 мм.

II (130-170) ледогрунт, суглинок бурого цвета со льдом

150-170

Крупносетчатая криотекстура, лед прозрачный с пузырьками воздуха

170-180

III a – песчано-суглинистый ледогрунт, с сетчатой криотекстурой (размер ячеек от 2-3 мм до 2-3 см)

180-190

III б – песок слоистый, с массивной криотекстурой и тонкими шлирами льда, наклоненных под углом 45о

180-190

190-200

III в ­– наклонная линза песка во льду

210-220

Песок сильно оглиненный, со среднешлировой криотекстурой

В верхней части борта термоцирка на берегу р.Сеяха (Мутная) в трещине между двумя полигонами, под слоем сфагнового мха и горизонтом торфяно-глеезема исследованы повторно-жильные льды (рис. 7). В разрезе вскрыты:

0-37 см ­– сфагновый бурый торф.

37-44 см ­– сизоватая супесь с буроватым оттенком и охристыми пятнами.

44-54 см ­– сизая супесь с охристыми пятнами.

54­-91 см ­– мерзлый легкий суглинок.

91-200 см ­– верхняя часть повторно-жильного льда вертикально-слоистого.

На глубине 100-110 см произведен отбор образцов повторно-жильного льда вдоль горизонтального профиля.

Рис. 7. Повторно-жильный лед в обнажении террасы р.Сеяха (Мутная), точка Ж (1-23). Фото Е.Гаранкиной

Методы опробования и аналитических определений

Образцы льда отбирались путём предварительной зачистки стенки обнажения и скалывания льда топором. Образцы льда упаковывались в двойной целлофановый пакет, растапливались при комнатной температуре, а затем разливались во флаконы. Для изотопных и геохимических определений из обнажения пластового льда в долине р.Сеяха (Мутная), на берегу озера Ханикосито было отобрано 64 образца позднеплейстоценового пластового льда и ледогрунта, 23 образца голоценового повторно-жильного льда на террасе р.Сеяха (Мутная).

Из обнажения в верховьях р.Мордыяха было отобрано 11 образцов позднеплейстоценового пластового льда и ледогрунта на глубинах 6-7,5 м по вертикали и горизонтали и льдистый пылеватый песок подо льдом (гл. 9-10 м), 2 образца позднеплейстоценового сингенетического повторно-жильного льда (см. рис. 3, 4).

Для сопоставления изотопного состава отобран лед из ледяной жилы, вскрытой в пределах голоценового торфяника (6 образцов).

Концентрации катионов и анионов во льду измерялись в химико-аналитическом центре географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на ионном хроматографе «Стайер». Предел точности для хлорид-ионов 0,02 мкг/мл, пределы обнаружения других анионов и катионов менее 0,01 мг/л.

Изотопный состав льда определялся в лаборатории геохимии стабильных изотопов кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического ф-та МГУ имени М.В.Ломоносова на масс-спектрометре Delta-V со стандартной опцией газ-бенч. При измерении δ18О анализируемые образцы уравновешивались с СО2 в течение 24 часов, при измерении δ2Н уравновешивание в присутствии платинового катализатора производилось в течение 40 минут. Изотопный состав выражается в δ (‰) относительно среднеокеанической воды V-SMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Для измерений использовались международные стандарты V-SMOW, SLAP, собственный лабораторный стандарт МГУ – снег ледника Гарабаши (δ18О = –15.60‰, δ2Н = –110.0‰). Погрешность определений составила ±0.6‰ для δ2Н и ±0.1‰ для δ18O.

Результаты изотопных и геохимических определений

По пластовому льду в верховьях р.Мордыяха получен сравнительно малый диапазон значений δ18O (варьирующих от –21 до –23,2‰) и δ2Н (варьирующих от –162,7 до –172,9‰). Льдистый песок подо льдом характеризовался более высокими значениями изотопного состава: значение δ18O в нем составило –20‰, δ2Н –156,8‰. Близкие значения изотопного состава получены по льду позднеплейстоценовой ледяной жилы, рассекающей пласт льда в краевой части обнажения: значения δ18O в верхней части жилы составили –22,6 и –23,4‰), значения δ2Н –172,2 до –179,5‰ (табл. 2). Изотопный состав сингенетических ледяных жил из голоценового торфяника, вскрытого в карьере, заметно отличается в сторону более высоких значений: по одной из жил получен диапазон вариаций δ18O от –16,2 до –17,3‰, δ2Н – от –119,4 до –126,4‰ (табл. 3).

Таблица 2

Значения δ18O, δ2Н и dexc в позднеплейстоценовых пластовых и повторно-жильных льдах в верховьях р.Мордыяха, 537 км ж/д дороги Обская Бованенково

Номер образца

Описание льда

Глубина, м

δ18O,‰

δ2Н, ‰

dexc, ‰

Пластовый лёд в термоцирке

11-YuV-2/3

Пластовый лед, стекловатый, вертикально-слоистый, в 6 м от правого края пласта

6

–23,2

–164,8

20,8

11-YuV-2/4

6,5

–22,7

–169,7

11,9

11-YuV-2/5

Ледогрунт

7

–21,7

–165,5

8,1

11-YuV-2/6

7,5

–21

–162,7

5,3

11-YuV-2/7

Ледогрунт, в 1 м левее обр.2/3

6

–23,1

–170,8

14

11-YuV-2/8

Хрустальный лед с вертикальными включениями супеси светло-серой

6

–23,1

–171,8

13

11-YuV-2/9

Тот же лед, на 2 м левее обр.2/3

6

–23,3

–169

17,4

11-YuV-2/10

Тот же лед, на 3 м левее обр.2/3

6

–22,4

–168,7

10,5

11-YuV-2/11

Тот же лед, на 4 м левее обр.2/3

6

–22,4

–172,2

7

11-YuV-2/12

Тот же лед, на 4 м левее обр.2/3 и на 1 м ниже

7

–22,7

–172,9

8,7

11-YuV-2/13

Пылеватый вертикально-слоистый песок со льдом

9-10

–20

–156,8

3,2

Позднеплейстоценовая ледяная жила, рассекающая пластовый лед в виде хвоста ласточки. Ширина жилы 1,5 м, вскрытая мощность 5 м

11-YuV-2/14

Жильный лёд

1,5

–22,6

–172,2

8,6

11-YuV-2/15

Жильный лёд

1,7

–23,4

–179,5

7,7

Таблица 3

Значения δ18O, δ2Н и dexc в голоценовой ледяной жиле из супеси под торфяником, Центральный Ямал

Номер образца

δ18O,‰

δ2Н, ‰

dexc, ‰

Отбор образцов льда по горизонтали на глубине 60 см

11-YuV-1/1

–16,8

–121,8

12,6

11-YuV-1/4

–16,9

–122,2

13

11-YuV-1/6

–17,3

–123,9

14,5

11-YuV-1/9

–16,4

–119,4

11,8

11-YuV-1/11

–16,2

–121,8

7,8

11-YuV-1/21

–16,4

–126,4

4,8

По пластовому льду в долине р.Сеяха (Мутная) на берегу оз.Ханикосито получены более высокие значения δ18O, варьирующие от –17,9 до –20,5‰ и δ2Н, варьирующие от –137,5 до –150,2‰. Еще более высокие значения изотопного состава получены по перекрывающему пластовый лед ледогрунту: δ18O от –12,6 до –14‰ и δ2Н от –97,5 до –105,1‰. (табл. 4). По повторно-жильному льду, вскрытому в обнажении торфяника на террасе р.Сеяха (Мутная), получены значения δ18O от –14,1 до –18,1‰ и δ2Н от –137,5 до –150,2‰ (табл. 5).

Таблица 4

Значения δ18O, δ2Н и dexc в позднеплейстоценовом пластовом льду, вскрытом в северной части оз. Ханикосито, Бованенковское НГКМ

Номер образца

Описание льда

Глу-бина, м

δ18O,‰

δ2Н, ‰

dexc, ‰

Ледогрунт , перекрывающий пластовый лед

5 л

Суглинок со льдом, лед прозрачный с пузырьками воздуха

1,5–1,7

–12,79

–100,6

1,72

6 л

Суглинок с песком, крупносетчатая криотекстура

1,6–1,8

–13,62

–100,3

8,36

7 л

Песок с тонкими шлирами льда

1,8–1,9

–13,97

–105,1

6,66

9 л

Песок с линзами суглинка с тонкошлировой криотекстурой

1,9–2,0

–12,60

–97,5

3,3

10 л

Песок сильно оглиненный со среднешлировой криотекстурой. Линзы льда мощностью 1-1,5 см

2,1–2,2

–12,78

–98,2

4,04

Пластовый лед (отбор по горизонтали)

11 л

Лед прозрачный, крупнокристаллический

3,0

–18,25

–138,4

7,4

12 л

Лед, мутный, серовато-белесый с примесью тонких глинистых частиц и осколков грунта

3,0

–18,16

–139,1

6,18

13 л

Лед, мутный, сероватого цвета, кристаллы до 5 см

3,0

–18,26

–140,4

5,68

14 л

Лед прозрачный, крупнокристаллический, с удлиненными пузырьками воздуха

3,0

–17,91

–137,5

5,78

15 л

Мутный полосчатый лед с осколками суглинка размером до 5 мм и редкими пузырьками воздуха

3,0

–17,89

–139,5

3,6

16 л

Сильно мутный серый лед с большим количеством включений суглинка и линзами ледогрунта шириной 3-4 см

3,0

–18,39

–139,7

7,42

17 л

Лед прозрачный, местами мутноватый, слабослоистый, крупнокристаллический

3,0

–18,11

–140,4

4,48

18 л

Лед мутный, светло-серый тонкослоистый с мелкими включениями суглинка, со скоплениями пузырьков воздуха

3,0

–18,17

–141,2

4,16

19 л

Лед темно-серый тонкослоистый, мутный с большим количеством включений суглинка размером до 1 см

3,0

–18,25

–139,7

6,3

20 л

Лед мутный с крупными включениями суглинка до 4 см

3,0

–17,94

–141,9

1,62

21 л

Лед темно-серый тонкослоистый, с мелкими включениями суглинка размером до 4 мм.

3,0

–18,24

–140,1

5,82

22 л

Лед светло-серый, мутный с полосами более прозрачного льда

3,0

–18,22

–140,8

4,96

23 л

Лед мутный, серый с редкими крупными включениями суглинка

3,0

–17,86

–140,4

2,48

24 л

Лед светло-серый, мутный, крупнослоистый

3,0

–18,91

–141,5

9,78

24б л

Лед прозрачный лед с включениями опесчаненого суглинка

3,0

–18,47

–142,2

5,56

26 л

Лед светло-серый мутный лед с редкими мелкими пузырьками и включениями суглинка 0,5-4 мм

3,0

–18,50

–141,8

6,2

28 л

Лед прозрачный из замка складки с небольшим включениям суглинка

3,0

–18,76

–141,5

8,58

29 л

Тот же лед, нижний контакт. Лед прозрачный, с редкими мелкими пузырьками воздуха

3,0

–18,79

–141,5

8,82

30 л

Лед прозрачный, крупнокристаллический, с редкими мелкими пузырьками воздуха

3,0

–18,20

–140,1

5,5

31 л

Лед мутный, серый, с включениями суглинка и пузырьками воздуха

3,0

–18,79

–141,8

8,52

32 л

Лед слоистый в виде складки

3,0

–18,61

–142,3

6,58

33 л

Лед слоистый в виде складки, там же, где образец 32 л

3,0

–18,71

–142,6

7,08

35 л

Лед мутный, темно-серый лед с прозрачными прожилками

3,0

–18,47

–142,2

5,56

37 л

Лед прозрачный пузырчатый с включениями суглинка

3,0

–18,36

–141,5

5,38

38 л

Лед прозрачный чистый

3,0

–18,38

–140,4

6,64

39 л

Лед прозрачный пузырчатый

3,0

–18,03

–141,2

3,04

40 л

Лед прозрачный пузырчатый

3,0

–18,61

–143,2

5,68

41 л

Лед прозрачный пузырчатый, светло-серый, с включениями суглинка

3,0

–18,18

–140,8

4,64

42 л

Лед мутный светло-серый

3,0

–18,49

–138,7

9,22

43 л

Лед мутный светло-серый

3,0

–19,02

–146,6

5,56

44 л

Лед прозрачный пузырчатый

3,0

–20,45

–149,2

14,4

45 л

Лед мутный, серый, мелкопузырчатый

3,0

–18,96

–142,5

9,18

46 л

Лед сильнопузырчатый, прозрачный, крупнокристаллический

3,0

–20,31

–150,2

12,28

47 л

Лед темно-серый мутный

3,0

–19,32

–146,0

8,56

48 л

Лед слоистый, мутный с обилием включений суглинка

3,0

–18,21

–142,2

3,48

49 л

Лед мутный лед, светло-серый с крупными включениями суглинка до 1 см

3,0

–18,55

–142,6

5,8

50 л

Лед прозрачный, с редкими пузырьками воздуха

3,0

–18,55

–142,5

5,9

51 л

Лед белесый, очень мутный лед с мелкими пузырьками воздуха

3,0

–18,12

–143,7

1,26

52 л

Лед серый, слоистый, очень пузырчатый

3,0

–18,3

–140,4

6,0

53 л

Лед белесый, с редкими пузырьками воздуха

3,0

–18,74

–142,2

7,72

54л

Лед серый мутноватый, с включениями суглинка 2-5 см диаметром

3,0

–18,79

–143,7

6,62

55л

Лед прозрачный чистый

3,0

–18,71

–142,6

7,08

56 л

Лед мутный серый слоистый

3,0

–18,54

–142,6

5,72

Пластовый лед (отбор по вертикали)

25 л

Лед очень мутный, темно-серый, слоистый, с включениями суглинка 3-7 мм

3,2

–18,02

–142,4

1,76

27 л

Лед слоистый, мутный с ясно выраженными слоями прозрачного льда

3,5

–18,20

–140,4

5,2

62 л

Лед мутный серый, слоистый, с включениями суглинка до 1 см диаметром

4,0

–18,43

–141,9

5,54

63 л

Лед слоистый, в виде складок

4,2

–17,88

–142,0

1,0

64 л

Лед слоистый, в виде складок

4,5

–18,1

–141,5

3,3

61 л

Лед мелкопузырчатый мутный светло-серый

4,5

–18,81

–143,8

6,68

60 л

Лед мелкопузырчатый мутный светло-серый

5,0

–18,47

–143

4,76

59 л

Лед серый мутный с мелкими пузырьками воздуха

5,5

–18,03

–144,5

–0,26

58 л

Лед мутный серый

5,7

–18,16

–140,8

4,48

57 л

Лед мутный серый

6,0

–18,27

–139,7

6,46

Таблица 5

Значения δ18O, δ2Н и dexc в голоценовом повторно-жильном льду, вскрытом обнажении террасы р.Сеяха (Мутная), Бованенковское НГКМ

Номер образца

δ18O,‰

δ2Н, ‰

dexc, ‰

Отбор образцов льда по горизонтали на глубине 100-110 см

ж 1

–16,43

–126,4

5,04

ж 2

–17,23

–130,8

7,04

ж 3

–17,53

–132,9

7,34

ж 4

–18,14

–135,1

10,02

ж 5

–17,35

–126,8

12

ж 6

–16,90

–124,3

10,9

ж 7

–17,49

–129,7

10,22

ж 8

–17,99

–118,5

25,4

ж 10

–17,26

–129,7

8,38

ж 11

–17,00

–127,2

8,8

ж 12

–16,91

–129,0

6,28

ж 13

–16,73

–127,2

6,64

ж 14

–16,99

–121,0

14,92

ж 15

–17,09

–124,6

12,72

ж 16

–17,85

–133,3

9,5

ж 17

–17,82

–131,5

11,06

ж 18

–18,08

–133,7

10,9

ж 19

–17,20

–124,3

13,3

ж 20

–17,14

–131,1

6,02

ж 21

–17,13

–122,8

14,2

ж 22

–16,93

–123,2

12,2

ж 23

–16,91

–122,8

12,5

ж 24

–14,14

–101,6

11,5

Определение химического состава пластового льда в районе Бованенковского НГКМ показало, что в составе ионов преобладают Na+, Ca2+ и HCO3-. Концентрация натрия варьирует от 1,6 до 9,4 мг/л, в некоторых образцах достигая значений 12,7-16,8 мг/л, кальция – от 6,9 до 11,2 мг/л, концентрация гидрокарбонатов варьирует от 13,4 до 25,5 мг/л. Общая минерализация льда изменяется от 9,7 до 70,4 мг/л, составляя в среднем 33 мг/л. Лед, содержащий включения суглинка, как правило, характеризуется наиболее высокими значениями преобладающих ионов и минерализации, в образце льда с крупными включениями суглинка содержание Na+, Ca2+ и HCO3- составило 39, 34,5 и 62 мг/л, соответственно, а минерализация достигла 168 мг/л. Соотношение Cl/SO4 в большинстве образцов льда составило 2-4, в трех образцах достигало значений до 100. Значения соотношение Cl/SO4 выше 20-40 нами отмечено в солоноватоводных подрусловых таликах рек бассейна Обской губы и в соленых водах крипэгов Центрального Ямала [2].

Таблица 6

Концентрация основных ионов и минерализация позднеплейстоценового пластового льда, вскрытого в северной части оз. Ханикосито, Бованенковское НГКМ

Полевой номер образца

Na+, мг/л

K+, мг/л

Mg2+, мг/л

Ca2+, мг/л

Cl-, мг/л

NO3-, мг/л

SO42-, мг/л

HCO3-

М, мг/л

Cl/SO4

М, ‰

л 11

3,01

1,81

1,6

2,47

1,9

0,1

0,7

6,29

17,78

2,71

0,018

л 12

5,78

2,15

1,37

2,05

4,92

0,1

1,28

5,15

22,7

3,84

0,023

л 13

4,42

1,47

1,84

3,52

3,06

0,1

0,74

7,45

22,5

4,14

0,023

л 14

2,97

0,91

0,74

1,44

1,89

0,1

0,44

3,73

12,12

4,30

0,012

л 15

3,8

0,86

0,9

2,16

2,44

0,1

0,6

4,68

15,44

4,07

0,015

л 16

9,2

3,16

3,44

7,66

3,76

0,1

1,56

18,14

46,92

2,41

0,047

л 17

3,13

1,23

1,29

2,9

1,76

0,1

0,62

6,17

17,1

2,84

0,017

л 19

13,07

2,9

4,09

9,41

2,9

0,1

1,32

25,25

58,94

2,20

0,059

л 20

9,4

2,24

3,47

6,77

4,56

0,1

1,32

16

43,76

3,45

0,044

л 18

2,87

1,03

0,91

8,97

1,63

0,1

0,48

11,67

27,56

3,40

0,028

л 21

16,78

3,05

4,15

11,2

7,83

0,1

1,88

25,51

70,44

4,16

0,070

л 22

3,71

1,54

1,98

4,61

1,86

0,1

0,76

9,22

23,68

2,45

0,024

л 23

3,55

1,41

1,23

3,23

1,86

0,28

1,29

6,27

18,84

1,44

0,019

л 24

9,3

2,32

2,89

6,51

3,8

0,1

1,9

15,32

42,04

2

0,042

л 25

4,35

1,2

1,15

2,67

2,14

0,13

0,75

6,48

18,74

2,85

0,019

л 26

12,7

2,32

2,91

6,89

4,17

0,1

1,22

19,43

49,64

3,42

0,050

л 27

5,99

2,01

1,8

4,06

2,75

0,1

0,91

10,2

27,72

3,02

0,028

л 28

9,74

2,17

2,74

7,51

4,33

0,1

1,52

16,31

44,32

2,85

0,044

л 29

2,86

0,76

0,78

1,6

1,76

0,1

0,57

3,67

12

3,09

0,012

л 30

1,57

3,04

0,11

0,15

3,28

0,1

0,22

1,37

9,74

14,91

0,010

л 46

5,01

21,76

0,61

1,98

27,02

0,1

0,27

2,07

58,72

100,07

0,059

л 49

38,95

8,54

12,48

24,5

19,3

0,57

3,07

62,01

168,8

6,30

0,169

л 50

12,9

3,83

5,32

10,4

14,9

0,51

4,1

13,44

64,86

3,63

0,065

Лед голоценовый ледяной жилы в торфянике [3] характеризовался в целом низкой минерализацией (в большинстве образцов она не превышала 15-22 мг/л), и преимущественно хлоридно-натриевым составом: концентрация Na+ варьировала, как правило, в диапазоне 1,4-3,7 мг/л, Cl- в диапазоне 2,2-6,3 мг/л, концентрация остальных основных ионов в основном не превышала 2 мг/л. Однако в некоторых образцах льда отмечена намного более высокая минерализация – от 70 до 196 мг/л и высокая концентрация всех ионов, при преобладании натрия и хлора (табл. 7). Соотношение Cl/SO4 в большинстве образцов льда составило 3-7, что нормально для жил, формирующихся из талого снега [2].

Таблица 7

Концентрация основных ионов и минерализация голоценового повторно-жильного льда, вскрытого в обнажении террасы р.Сеяха (Мутная), Бованенковское НГКМ

Полевой номер образца

Na+, мг/л

K+, мг/л

Mg2+, мг/л

Ca2+, мг/л

Cl-, мг/л

NO3-, мг/л

SO42-, мг/л

HCO3-

М, мг/л

Cl/SO4

М, ‰

ж 1

2,76

1,12

1,19

1,35

3,11

0,1

2,17

1,14

12,84

1,43

0,013

ж 2

2,14

1,22

0,36

1,73

4,1

0,1

0,72

0,63

10,9

5,69

0,011

ж 3

1,74

0,9

0,5

0,5

3,07

0,1

0,68

0,1

7,28

4,51

0,007

ж 4

1,41

0,96

0,18

0,58

2,2

0,1

0,44

0,49

6,26

5

0,006

ж 5

1,74

0,78

0,25

0,23

2,92

0,1

0,58

0,1

6

5,03

0,006

ж 6

1,79

1,21

0,25

0,57

3,09

0,1

0,96

0,1

7,64

3,22

0,007

ж 7

1,53

0,89

0,29

0,21

2,43

0,11

0,4

0,09

5,84

6,08

0,006

ж 8

2,95

1,94

0,4

0,15

4,54

0,12

0,59

0,31

10,88

7,69

0,011

ж10

1,62

0,94

0,53

0,43

2,96

0,13

0,65

0,1

7,04

4,55

0,007

ж11

2,58

1,16

0,53

0,4

3,29

0,1

0,97

0,41

9,34

3,39

0,009

ж 12

29,92

2,73

28,18

37,27

84

0,1

92

0,1

196,2

0,91

0,206

ж 13

10,58

1,99

16,45

25,78

16,25

0,1

89

0,1

109,6

0,18

0,109

ж 14

1,89

1,04

0,65

0,71

2,56

0,18

1,27

0,46

8,58

2,02

0,009

ж 15

2,09

1,42

0,58

0,59

3,03

0,25

0,94

0,71

9,36

3,22

0,009

ж 16

6,55

2,53

9,76

16,48

16,78

0,1

46,28

0,1

70,64

0,36

0,071

ж 17

1,65

1,42

0,58

1,02

3,18

0,12

1,08

0,41

9,34

2,94

0,009

ж 18

1,7

1,3

0,48

0,98

3,68

0,12

0,5

0,28

8,92

7,36

0,009

ж 19

2

1,49

0,44

0,23

3,26

0,25

0,75

0,15

8,32

4,35

0,008

ж 20

3,71

2,41

0,74

0,43

6,33

0,1

0,42

0,54

14,58

15,07

0,015

ж 21

14,38

3,83

14,33

27,11

31,85

0,17

71,39

0,1

119,3

0,45

0,119

ж 22

2,21

1,2

0,64

0,85

3,54

0,1

1,31

0,05

9,8

2,70

0,010

ж 23

3,74

1,4

2,23

3,16

6,21

0,45

3,6

0,72

21,06

1,73

0,021

Обсуждение результатов

Незначительные вариации изотопных значений в пластовом льду в верховьях р.Мордыяха (не более 3 ‰ по δ18O и около 10 ‰ δ2Н), указывают на сегрегационный характер льдообразования в условиях открытой системы. Об этом же свидетельствует и сходство с изотопной диаграммой пластового льда на р. Еркутаяха [4]. Близкие значения получены по пластовому льду в районе Бованенковского НГКМ. Вариации изотопных значений также невелики - не более 3 ‰ по δ18O и не более 13 ‰ δ2Н).

Значения δ18O и δ2Н пластового льда в районе Бованенковского НГКМ находятся вблизи линии метеорных вод на парной диаграмме (рис. 8, а), что говорит об атмосферной природе влаги и льдообразовании в условиях открытой системы (свободного подтока воды). Изотопные эффекты, сопровождающие льдообразование в закрытой системе, не выражены.

Современные среднегодовые значения δ18O и δ2Н атмосферных осадков района исследований составляют 17,5 и 136,2‰ соответственно (данные GNIP по Салехарду с 1996 по 2000 гг.). Полученные величины δ18O и δ2Н по пластовому льду очень близки этим значениям. Обращают на себя внимание образцы с 1 по 10 (см. табл. 4) – они характеризуются относительно более высокими значениями δ18O, δ2Н и низкими величинами dexc. Это образцы ледогрунта верхнего слоя, т.е. перекрывающих пластовые льды отложений. Судя по изотопному составу это сегрегационные текстурные льды, сформированные летними атмосферными осадками (значительная доля летних осадков), скорее всего это слои СТС, перешедшие в многолетнемерзлое состояние, о чем также свидетельствуют отрицательные величины дейтериевого эксцесса. Современные осадки теплого периода (с мая по сентябрь включительно) имеют средние значения δ18O и δ2Н 12,5 и 96‰ соответственно, изотопные значения образцов 1-10 ненамного отличаются от этих величин. Поскольку формирование пластового льда происходило в условиях открытой системы, то, скорее всего, это внутригрунтовый сегрегационный лед, сегрегация льда сформировала слои прозрачного пузырчатого льда и слои с глинистым материалом. Об этом механизме свидетельствует также: сравнительно ровные верхние контакты, лед средне- и крупнозернистый с хорошо выраженной вертикальной кристаллографической ориентировкой, твердые примеси преимущественно в виде небольших прослоев грунта, в которых частицы разобщены между собой, распределение пузырьков газа по простиранию пласта может быть как равномерным, так и неравномерным, слоистым, что отражает неравномерность кристаллизации во времени [5].

Рис. 8. Соотношение δ18Oδ2Н для образцов пластового и повторно-жильного льда в районе Бованенковского НГКМ (а) и в долине р.Мордыяха (б)

Повторно-жильный лед в районе Бованенковского НГКМ (см. табл. 5) характеризуется средними значениями δ18O=17,3, δ2Н=-128,1‰, за исключением образца ж24 – это образец контактной зоны с вмещающими отложениями, в котором заметно участие текстурного льда. Все значения δ18O, δ2Н жильного льда располагаются вблизи ГЛМВ, подтверждая конжеляционный механизм образования льда. Изученный жильный лед немного изотопно тяжелее, чем среднегодовые атмосферные осадки (см. рис. 8, а), что, скорее всего, отражает лишь то, что лед формировался из атмосферной влаги, поступавшей с нижней части снежного покрова – это или осенний снег, или осенний снег, преобразованный метаморфизмом и промоченный талой водой, поступающей от поверхности снежного покрова с началом таяния. Если учесть, что, как правило, снежный покров начинает таять с поверхности [6, 7], на которой оказывается весенний снег, то полученные значения δ18O и δ2Н по жильному льду Бованенково вполне соответствуют современным осадкам региона.

Значения δ18O и δ2Н в пластовых и жильных льдах в долине р.Мордыяха заметно отличаются друг от друга. Голоценовые ПЖЛ характеризуются практически теми же величинами δ18O и δ2Н, что и жильные льды Бованенково, а пластовые льды близки по значениям к позднеплейстоценовым ПЖЛ (см. рис. 8, б). Все значения по льду в долине р.Мордыяха находятся вблизи ГЛМВ (см. рис. 8, б). Наиболее высокие значения δ18O и δ2Н по пластовому льду отмечены на глуб. 10 м в подстилающем пылеватом вертикально-слоистом песке – это контактная зона, возможно в ней требуется более тщательный отбор образцов. Соотношение δ18O-δ2Н для образцов пластового льда скорее указывает на внутригрунтовое сегрегационное образование этой мощной пластовой залежи в условиях открытой системы.

Соотношение δ2Н-dexc в ледяных телах применяется для выявления процессов промерзания и льдообразования. В пластовом льду в верховьях р.Мордыяха соотношение δ2Н-dexc имеет наклон –0,37 при низком значении линейной аппроксимации (рис. 9).

Рис. 9. Соотношение δ2Н-dexc в пластовом льду в верховьях р.Мордыяха

Соотношение δ2Н-dexc в пластовом льду и перекрывающем ледогрунте прочти идентично, наклон составляет –0,35 и –0,39, соответственно, при низком значении линейной аппроксимации (рис. 10).

Рис. 10. Соотношение δ2Н-dexc в пластовом льду в районе Бованенковского НГКМ

Полученные значения близки к установленным Д.Ласеллем теоретическим значениям для льда, сформировавшегося в условиях равновесного промерзания, для которых наклон линии соотношения δ2Н-dexc составляет -0,25 [8].

Ранее Ф.Майклом [9] в районе Бованенковского НГКМ изучены различные типы льда, в которых проанализирован состав стабильных изотопов. Пластовый лед мощностью более 2,5 м (исследованный на участке Y8) подстилается песком и перекрывается оползневыми отложениями. По льду получено однородное распределение значений δ18O от –18 до –19‰ (рис. 11, б), которое подобно современному среднему среднегодовому значению в атмосферных осадках. По четырем другим участкам пластового льда получены данные δ18O от –15 до –24 ‰. Однородное распределение значений δ18O по глубине в пластовом льду указывает на его сегрегационное происхождение. Эти данные позволили Ф.Майклу сделать вывод, что исследуемый район не подвергался оледенению в позднем плейстоцене. На это также указывают широко распространенные здесь сингенетические ледяные жилы и мамонтовые остатки [9].

Рис. 11. Распределение по глубине значений δ18O (1) и δ2Н (2) в скв. 34-P (а – по Ю.К.Васильчуку [10]) и значений δ18O (б – по Michel [9]) в позднеплейстоценовых пластовых льдах Бованенковского ГКМ.

Ю.К.Васильчуком ранее также получены однородные вертикальные изотопные профили по пластовым льдам в районе Бованенковского НГКМ, при этом значения δ18O и δ2Н в относительно глубоко расположенном ледяном пласте (глубже 28 м) близки к значениям в пластовом льду в точке Л в северной части оз. Ханикосито. В одной залежи, вскрытой скважиной на глубинах 28-32 м, значения δ18O варьировали от –16,95 до –18,89‰, а значения δ2Н от –131,7 до –146‰ (рис. 11, а). Изотопно-кислородная и дейтериевая кривые имеют одинаковую конфигурацию, что, скорее всего, указывает на равновесные условия фракционирования при формировании пластового льда. По двум другим пластам мощностью 0,8 и 2 м также получены однородные изотопные профили, где вариации δ18O не превысили 1 ‰, вариации δ2Н составили менее 4 ‰ [10].

В пластовом льду в верховьях р.Мордыяха изучены пыльца и споры (табл. 8). Палиноспектры изо льда неоднородны. Концентрация колеблется от 108 до 368 экз./л. На то, что пыльца и споры не были занесены в образцы при отборе проб, указывают следующие признаки: 1) полученные палиноспектры существенно различаются в пределах данной залежи; 2) пыльца и споры имеют разную степень сохранности; 3) отбор образцов для палинологического исследования производился с максимальной изоляцией отобранного льда.

Таблица 8

Процентное содержание пыльцы и спор в пластовых льдах в верховьях р.Мордыяха, 537 км ж/д дороги Обская Бованенково, август 2011 г.

Номер точки

11-YuV

Номер образца

2/4

2/5

2/6

2/8

2/9

Глубина, м

6,5

7

7,5

6

6

Pinus sp.

3

18

4

Picea sp.

1

4

Betula sect. Albae

37

2

6

Alnus sp.

1

Betula sect. Nanae

8

12

28

Alnaster sp.

8

11

6

Salix

4

3

Poaceae

11

15

50

Cyperaceae

42

Ericaceae

29

36

Thalictrum sp

7

Liliaceae

1

1

Rosaceae (cf.Rubus chamaemorus)

2

Ranunculaceae

1

2

Fabaceae

1

1

Chenopodiaceae

11

1

Sphagnum sp.

4

11

31

Bryales

1

4

38

1

Equisetum sp.

26

1

Lycopodium cf. сlavatum

7

9

концентрация экз./л

368

222

166

143

108

Наличие диатомей

нет

Много более 30 раковин

нет

Много более 50 раковин

Много более 50 раковин

Переотложенные, %

3

24

4

9

11

Примечание

Споры грибов

Исследование пыльцы и спор в обнажении пластовых льдов в верховьях р. Мордыяха показало, что палиноспектры содержат типично тундровые элементы, такие как споры зеленых мхов, хвощей, пыльцу верескоцветных, морошки, ивы (табл. 9). Именно эти компоненты показательны для тундровых палиноспектров [11]. В одном образце (11-YuV-2/5) отмечена в заметных количествах дальнезаносная пыльца сосны и березы, в этом же образце самое высокое содержание переотложенных дочетвертичных палиноморф, из чего можно предположить с уверенностью, что эта пыльца, тоже переотложена, этот палиноспектр также содержит тундровые элементы – споры зеленых мхов, пыльцу лилиецветных и морошки. Существенно отличается палиноспектр образца 11-YuV-2/4: здесь отсутствует не только пыльца древесных пород, но также и кустарников. Абсолютно доминируют пыльца осок и споры хвощей, встречена пыльца василисника, злаков, лилиецветных, бобовых. Высокое содержание пыльцы и спор влаголюбивых растений, в частности хвощей и осок, василисника указывает на возможный источник происхождения воды, образовавшей лед. Такого рода особенности отмечены на Ямале для отложений небольших озер [11] и пойменных отложений рек. Отметим также наличие раковин диатомей, и зеленых водорослей рода Pediastrum. Для примера приведем результаты изучения проб речных вод, отобранных на мелководье в припойменной части в июле в разных подзонах тундры.

Таблица 9

Концентрация пыльцы и спор в реках Севера Западной Сибири в июле (экз./л)

Расти-

тельность

Кустар-никовая тундра

Кустар-ничковая тундра

Мохово-лишайниковая

тундра

Мохово-лишай-никовая

тундра

река

Щучья

Сямбилей-яха

Харасавая

Гыда

Пыльца и споры

Pinus sylvestris

19

2

2

Pinus sibirica

6

3

3

Picea

9

1

1

2

Betula

36

2

4

1

Betula sect.Nanae

22

3

6

1

Alnaster

13

2

1

1

Salix

3

5

2

Poaceae

6

9

2

3

Cyperaceae

24

12

8

7

Ericaceae

3

3

1

Menyanthes trifoliata

10

Varia

11

3

4

3

Artemisia

2

16

Bryales

3

2

5

3

Sphagnum

1

2

2

2

Lycopodium sp.

1

Selaginella sibirica

2

1

Huperzia selago

1

2

Polypodiaceae

2

9

1

1

Equisetum

8

10

10

4

Сумма пыльцы древесных пород

70

8

7

4

Сумма пыльцы кустарников

38

5

12

6

Сумма пыльцы травянистых

56

34

15

13

Сумма спор

16

21

22

11

Суммарная концентрация

180

68

56

35

Долины рек в основном располагаются в одной тундровой подзоне. Полученные данные демонстрируют, что концентрация пыльцы и спор выше в воде реки Щучья, протекающей по территории кустарниковых тундр. Доминирует пыльца древесных пород, что связано не только с близким расположением границы с лесотундрой, но также и с существованием придолинных лесов, проникающих в зону кустарниковых тундр. Характеристика воды рек протекающих по территории типичных тундр (кустарничковых и мохово-лишайниковых) характеризуется заметно более низкой концентрацией, и преобладанием пыльцы трав. Поскольку отбор проб производился в момент цветения тундровых трав, полученные палиноспектры отражают лишь один из периодов эмиссии пыльцы.

Таким образом, палиноспектры, выделенные из ледяной залежи в долине р. Мордыяха, свидетельствуют о внутригрунтовом происхождении льда. На это указывает признаки типично тундровых палиноспектров: содержание пыльцы карликовой березки (8-28%), ольховника 6-11%, злаков (11-50%), осок (до 42%), верескоцветных (29-39%), и спор зеленых мхов (1-38%), наличие спор хвощей (до 26%), пыльцы водных растений, таких как Thalictrum (7%), а также заметное содержание доплейстоценовых палиноморф (3-24%). Выделенные таксоны либо практически не встречаются во льду и снежном покрове ледников, как, например, переотложенные дочетвертичные формы, либо встречаются крайне редко и единично, как например, пыльца верескоцветных, споры зеленых мхов и хвощей [11]. Зафиксировано присутствие дальнезаносной пыльцы сосны и древовидной березы, совпадающее с высоким содержанием переотложенных дочетвертичных форм, что свидетельствует о том, что пыльца сосны и березы попала в лед из вмещающих отложений наряду с доплейстоценовыми палиноморфами.

Факторы и механизмы образования пластовых ледяных тел

По нашим представлениям образование мощных массивов пластовых льдов в криолитозоне связано с двумя основными факторами – атмосферными осадками и приповерхностным залеганием многолетнемерзлых пород. Простой расчет количества атмосферных осадков показывает, что при обычном для северных территорий количестве осадков 500 мм/год за 10-40 тыс. лет выпадает столб воды от 5 до 20 км. Сохранение даже 1% этой воды может привести к образованию слоя льда мощностью от 50 до 200 м. Вторым важным фактором активного льдообразования в позднем плейстоцене является заметное снижение зимних температур воздуха в пределах современной криолитозоны на 6-8°С [12-14].

В районах слабого поверхностного стока, к которым относятся сильно заозереннные территории полуострова Ямал, дельты Маккензи и Юкона, увеличение длительности зимнего сезона, снижение зимних температур и сниженный поверхностный сток естественно вели к увеличению заозеренности, а, следовательно, к заметному возрастанию насыщенности влагой верхних горизонтов многолетнемерзлых пород. Это выражалось в повсеместном образовании на этих территориях пластовых ледяных залежей инфильтрационного и сегрегационного типов.

В эпоху позднеплейстоценового криохрона сложилась ситуация, благоприятная для захоронения пресных озёрных льдов, залегающих на соленых озерных отложениях. В краевых частях озер могли формироваться сингенетические повторно-жильные льды, образуя парагенез пластовых и жильных льдов. В тех случаях, когда вода из соленых озёр внезапно спускалась, можно представить себе образование наледей из-за формирования замкнутых таликов на границе покровного озёрного льда и мерзлых засолённых отложений. Излияние этих наледей могло приводить к формированию вертикально слоистого инъекционного льда. Таким нам представляется один из возможных сценариев формирования Мордыяхинского парагенетического комплекса, состоящего из горизонтально-слоистого и вертикально слоистого ультрапресного пластового льда и рассекающих лед сингенетических повторно-жильных льдов. При этом весь комплекс залегает на сильно засолённых, скорее всего озёрных отложениях. Что касается горизонтально слоистого льда, то он может быть как конжеляционным, так и сегрегационным.

Скорее всего, пластовые льды в мерзлых отложениях Бованенковского НГКМ и в верховьях р.Мордыяха относятся к внутригрунтовым ледяным залежам, образовавшимся в процессе сегрегационного, сегрегационно-инфильтрационного или сегрегационно-конжеляционного льдообразования [15-17] при промерзании водонасыщенных рыхлых отложений, к которым, относятся подозерные талики, около 20-25 тыс. лет назад. Распределение изотопных значений показывает, что пластовые льды формировались из влаги атмосферного происхождения, льдообразование происходило в условиях открытой системы (свободного подтока воды) и равновесного промерзания. Низкая минерализация и ионный состав пластового льда Бованенковского НГКМ отражает его формирование в засоленных морских отложениях из пресных вод внутригрунтовых вод, скорее всего, вод подозерного талика.

Выводы

Основными выводами проведенного исследования являются:

а. Изученные пластовые залежи относятся к залежам внутригрунтового типа.

б. Одним из главных источников воды, из которой сформировался пластовый лед были озерные воды и вода подозерных таликов.

в. В процессе формирования льда происходило заметное изотопное фракционирование, которое привело к формированию пластов с изотопным составом несколько более тяжелым чем исходные озерные воды.

Библиография
1.
Васильчук Ю.К. Изотопные методы в географии. Часть 2: Геохимия стабильных изотопов пластовых льдов. В 2-х томах. – М.: Издательство Московского университета, 2012. Том I – 472 с. (Vasil’chuk Yu.K. (2012). Isotope Ratios in the Environment. Part 2: Stable isotope geochemistry of massive ice. Moscow: Moscow University Press. 472 p. in Russian).
2.
Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук А.К., Подборный Е.Е., Чижова Ю.Н. Пластовые льды в голоценовых отложениях Западной Сибири // Криосфера Земли. 2016. №1. С. 36–50 (Vasil'chuk Yu.K., Budantseva N.A., Vasil'chuk A.C., Podborny Ye.Ye., Chizhova Ju.N. Multistage Holocene massive ground ice in Northern West Siberia // Kriosfera Zemli (Earth's Cryosphere). 2016. Vol. XX. No. 1, P. 34–45. http://www.izdatgeo.ru)
3.
Васильчук Дж.Ю., Буданцева Н.А., Гаранкина Е.В., Шоркунов И.Г., Васильчук Ю.К. Изотопно-геохимические свойства торфяных почв территории месторождения Бованенково, центральный Ямал // Арктика и Антарктика. – 2017. – № 1. – С.110–126. DOI: 10.7256/2453-8922.2017.1.22331.
4.
Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук А.К. Вариации δ18О, δD и содержание пыльцы и спор в автохтонной гетерогенной пластовой ледяной залежи на реке Еркутаяха на Южном Ямале // Доклады Российской Академии Наук. 2011. Том 438. №3. С. 400–405 (Vasil’chuk YK, Budantseva NA., Vasil’chuk AC. 2011. Variations in δ18O, δD, and the concentration of pollen and spores in autochthonic heterogeneous massive ice on the Erkutayaha River in the southern part of the Yamal Peninsula. Doklady Earth Sciences. Vol. 438. P. 721–726. DOI: 10.1134/S1028334X11050382).
5.
Втюрина Е.А., Втюрин Б.И. Льдообразование в горных породах. М.: Наука. 1970. 280 с.
6.
Taylor S., Feng X., Kirchner J.W., Osterhuber R., Klaue B., Renshaw C.E. Isotopic evolution of a seasonal snowpack and its melt // Water Resources Research. 2001. Vol. 37(3). P. 759–769.
7.
Taylor S., Feng X., Williams M., McNamara J. How isotopic fractionation of snowmelt affects hydrograph separation // Hydrological Processes. 2002. Vol. 16. P. 3683–3690.
8.
Lacelle D. On the δ18O, δD and D-excess relations in meteoric precipitation and during equilibrium freezing: theoretical approach and field examples // Permafrost and Periglacial Processes. 2011. Vol. 22. P. 13–25.
9.
Michel F.A. The relationship of massive ground ice and the Late Pleistocene history of Northwest Siberia // Quaternary International. 1997. Vol. 45/46. P. 43–48.
10.
Васильчук Ю.К. Пластовые ледяные залежи в пределах Бованенковского ГКМ (Центральный Ямал) // Инженерная геология. 2010. №. 3. С. 48–65.
11.
Васильчук А.К. Особенности формирования палиноспектров в криолитозоне России. М.: Изд-во Моск ун-та. 2005. 245 с. (Vasil’chuk AC. 2005. Pollen spectra formation features in permafrost areas of Russia. Moscow: Moscow State University Press; 2005. 245 p (in Russian).
12.
Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A.C. Radiocarbon dating and oxygen isotope variations in Late Pleistocene syngenetic ice-wedges, northern Siberia // Permafrost and Periglacial Processes. 1997. Vol.8. N3. P. 335–345. doi: 10.1002/(SICI)1099-1530(199709)8:33.0.CO;2-V
13.
Vasil’chuk Yu. K. Syngenetic ice wedges: cyclical formation, radiocarbon age and stable-isotope records // Permafrost and Periglacial Processes. 2013. Vol. 24. N1. P. 82–93. DOI: 10.1002/ppp.1764
14.
Vasil’chuk Yu., Vasil’chuk A. Spatial distribution of mean winter air temperatures in Siberian permafrost at 20-18 ka BP using oxygen isotope data // Boreas. 2014. Vol. 43. Iss. 3. P. 678–687. doi.org/10.1111/bor.12033
15.
Баду Ю.Б., Трофимов В.Т., Васильчук Ю.К. Основные закономерности и типы пластовых залежей подземного льда в северной части Западно-Сибирской плиты // Пластовые льды криолитозоны Якутск, 1982. С. 13–24.
16.
Васильчук Ю.К., Васильчук А.К., Буданцева Н.А., Чижова Ю.Н., Папеш В., Подборный Е.Е., Сулержицкий Л.Д. Изотопно-кислородная и дейтериевая индикация генезиса пластовых льдов и их 14С возраст, Бованенково, Центральный Ямал // Доклады Российской Академии Наук. 2009. Том 428. № 5. С. 675–681 (Vasil'chuk YK, Vasil'chuk AC, Budantseva NA, Chizhova JN, Papesch W, Podborny YY, Sulerzhitsky LD. 2009. Oxygen Isotope and Deuterium Indication of the Origin and 14C Age of the Massive Ice, Bovanenkovo, Central Yamal Peninsula. Doklady Earth Sciences 429: 1326–1332. DOI: 10.1134/S1028334X09080194)
17.
Васильчук Ю.К., Васильчук А.К., Буданцева Н.А. Изотопный и спорово-пыльцевой состав пластовой ледяной залежи на реке Мордыяха, Центральный Ямал // Доклады Российской Академии Наук. 2012. Том 446. №2. С. 204–208 (Vasil'chuk YK, Vasil'chuk AC, Budantseva NA. 2012. Isotopic and palynological compositions of a massive ice in the Mordyyakha River, Central Yamal Peninsula. Doklady Earth Sciences 446: 1105–1109. DOI: 0.1134/S1028334X12090164).
References (transliterated)
1.
Vasil'chuk Yu.K. Izotopnye metody v geografii. Chast' 2: Geokhimiya stabil'nykh izotopov plastovykh l'dov. V 2-kh tomakh. – M.: Izdatel'stvo Moskovskogo universiteta, 2012. Tom I – 472 s. (Vasil’chuk Yu.K. (2012). Isotope Ratios in the Environment. Part 2: Stable isotope geochemistry of massive ice. Moscow: Moscow University Press. 472 p. in Russian).
2.
Vasil'chuk Yu.K., Budantseva N.A., Vasil'chuk A.K., Podbornyi E.E., Chizhova Yu.N. Plastovye l'dy v golotsenovykh otlozheniyakh Zapadnoi Sibiri // Kriosfera Zemli. 2016. №1. S. 36–50 (Vasil'chuk Yu.K., Budantseva N.A., Vasil'chuk A.C., Podborny Ye.Ye., Chizhova Ju.N. Multistage Holocene massive ground ice in Northern West Siberia // Kriosfera Zemli (Earth's Cryosphere). 2016. Vol. XX. No. 1, P. 34–45. http://www.izdatgeo.ru)
3.
Vasil'chuk Dzh.Yu., Budantseva N.A., Garankina E.V., Shorkunov I.G., Vasil'chuk Yu.K. Izotopno-geokhimicheskie svoistva torfyanykh pochv territorii mestorozhdeniya Bovanenkovo, tsentral'nyi Yamal // Arktika i Antarktika. – 2017. – № 1. – S.110–126. DOI: 10.7256/2453-8922.2017.1.22331.
4.
Vasil'chuk Yu.K., Budantseva N.A., Vasil'chuk A.K. Variatsii δ18O, δD i soderzhanie pyl'tsy i spor v avtokhtonnoi geterogennoi plastovoi ledyanoi zalezhi na reke Erkutayakha na Yuzhnom Yamale // Doklady Rossiiskoi Akademii Nauk. 2011. Tom 438. №3. S. 400–405 (Vasil’chuk YK, Budantseva NA., Vasil’chuk AC. 2011. Variations in δ18O, δD, and the concentration of pollen and spores in autochthonic heterogeneous massive ice on the Erkutayaha River in the southern part of the Yamal Peninsula. Doklady Earth Sciences. Vol. 438. P. 721–726. DOI: 10.1134/S1028334X11050382).
5.
Vtyurina E.A., Vtyurin B.I. L'doobrazovanie v gornykh porodakh. M.: Nauka. 1970. 280 s.
6.
Taylor S., Feng X., Kirchner J.W., Osterhuber R., Klaue B., Renshaw C.E. Isotopic evolution of a seasonal snowpack and its melt // Water Resources Research. 2001. Vol. 37(3). P. 759–769.
7.
Taylor S., Feng X., Williams M., McNamara J. How isotopic fractionation of snowmelt affects hydrograph separation // Hydrological Processes. 2002. Vol. 16. P. 3683–3690.
8.
Lacelle D. On the δ18O, δD and D-excess relations in meteoric precipitation and during equilibrium freezing: theoretical approach and field examples // Permafrost and Periglacial Processes. 2011. Vol. 22. P. 13–25.
9.
Michel F.A. The relationship of massive ground ice and the Late Pleistocene history of Northwest Siberia // Quaternary International. 1997. Vol. 45/46. P. 43–48.
10.
Vasil'chuk Yu.K. Plastovye ledyanye zalezhi v predelakh Bovanenkovskogo GKM (Tsentral'nyi Yamal) // Inzhenernaya geologiya. 2010. №. 3. S. 48–65.
11.
Vasil'chuk A.K. Osobennosti formirovaniya palinospektrov v kriolitozone Rossii. M.: Izd-vo Mosk un-ta. 2005. 245 s. (Vasil’chuk AC. 2005. Pollen spectra formation features in permafrost areas of Russia. Moscow: Moscow State University Press; 2005. 245 p (in Russian).
12.
Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A.C. Radiocarbon dating and oxygen isotope variations in Late Pleistocene syngenetic ice-wedges, northern Siberia // Permafrost and Periglacial Processes. 1997. Vol.8. N3. P. 335–345. doi: 10.1002/(SICI)1099-1530(199709)8:33.0.CO;2-V
13.
Vasil’chuk Yu. K. Syngenetic ice wedges: cyclical formation, radiocarbon age and stable-isotope records // Permafrost and Periglacial Processes. 2013. Vol. 24. N1. P. 82–93. DOI: 10.1002/ppp.1764
14.
Vasil’chuk Yu., Vasil’chuk A. Spatial distribution of mean winter air temperatures in Siberian permafrost at 20-18 ka BP using oxygen isotope data // Boreas. 2014. Vol. 43. Iss. 3. P. 678–687. doi.org/10.1111/bor.12033
15.
Badu Yu.B., Trofimov V.T., Vasil'chuk Yu.K. Osnovnye zakonomernosti i tipy plastovykh zalezhei podzemnogo l'da v severnoi chasti Zapadno-Sibirskoi plity // Plastovye l'dy kriolitozony Yakutsk, 1982. S. 13–24.
16.
Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A.K., Budantseva N.A., Chizhova Yu.N., Papesh V., Podbornyi E.E., Sulerzhitskii L.D. Izotopno-kislorodnaya i deiterievaya indikatsiya genezisa plastovykh l'dov i ikh 14S vozrast, Bovanenkovo, Tsentral'nyi Yamal // Doklady Rossiiskoi Akademii Nauk. 2009. Tom 428. № 5. S. 675–681 (Vasil'chuk YK, Vasil'chuk AC, Budantseva NA, Chizhova JN, Papesch W, Podborny YY, Sulerzhitsky LD. 2009. Oxygen Isotope and Deuterium Indication of the Origin and 14C Age of the Massive Ice, Bovanenkovo, Central Yamal Peninsula. Doklady Earth Sciences 429: 1326–1332. DOI: 10.1134/S1028334X09080194)
17.
Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A.K., Budantseva N.A. Izotopnyi i sporovo-pyl'tsevoi sostav plastovoi ledyanoi zalezhi na reke Mordyyakha, Tsentral'nyi Yamal // Doklady Rossiiskoi Akademii Nauk. 2012. Tom 446. №2. S. 204–208 (Vasil'chuk YK, Vasil'chuk AC, Budantseva NA. 2012. Isotopic and palynological compositions of a massive ice in the Mordyyakha River, Central Yamal Peninsula. Doklady Earth Sciences 446: 1105–1109. DOI: 0.1134/S1028334X12090164).