Многолетнемерзлыми породами (ММП), согласно определению Н.И. Толстихина и Н.А. Цитовича, называются горные породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, содержащие воду в кристаллическом состоянии (в виде льда) и сохраняющиеся в таком состоянии в течение многих лет, веков и тысячелетий.
Горные породы, промерзавшие в сухом состоянии и не содержащие в связи с этим льда, называются морозными (П.Ф. Швецов).
Рисунок 12.1 – Схема распространения многолетнемерзлых пород (ММП) на территории России (по К.А. Кондратьевой), 1976): 1 – зона редкоостровного, островного и массивно-островного распространения ММП со среднегодовыми температурами tср +3 –1 ºС, и мощностью т мерзлых толщ от 0 до 100 м; 2 – 5 – зона сплошного распространения ММП: 2 – tср –1 –3 ºC, т – 50 – 300 м; 3 – tср –3 –5 ºC, т – 100 – 400 м; 4 – tср –5 –9 ºC, т – 200 – 600 м; 5 – tср ниже –9 ºC, т – 400 – 900 м и более; 6 – границы зон ММП; 7 – южная граница криолитозоны.
На территории СНГ общая площадь распространения многолетнемерзлых пород составляет около 10 млн км2, т.е. более 60% территории. Зональность распространения ММП, их мощности и температуры показаны на рис. 12.1. В целом на территории земного шара многолетнемерзлые породы распространены на площади более 35 млн км2, около 25% суши (Ершов, 2002).
Мощность многолетнемерзлых пород изменяется от первых метров вблизи южной границы их распространения до 100 – 700 м в северных районах Западносибирской и Восточносибирской артезианских областей. Мощность ММП меняется здесь достаточно сильно в зависимости от рельефа, характера растительности, строения гидрогеологического разреза и др. В пределах массивов кристаллических пород и в горно-складчатых областях Восточной Сибири мощность ММП в ряде случаев достигает 1000 м. и более. В артезианских бассейнах Восточной Сибири (Оленекский, Катуйский и др., см. рис. 10.1) мощность ММП относительно невелика (200—300 м) в связи с тем, что на этих глубинах и ниже по разрезу распространены преимущественно соленые воды и рассолы, не замерзающие при температурах до минус 3,0 – 5,0°С и менее. Ниже подошвы ММП в этих бассейнах широко распространены охлажденные (ниже 0°С) горные породы, содержащие так называемые криогалинные воды (криопэги) с отрицательными температурами.
Разрез толщи многолетнемерзлых пород может быть практически сплошным или слоистым, содержащим талые (t > 0°С) слои или слои охлажденных пород с криогалинными водами. В ряде районов (север Печорского бассейна, Западная Сибирь и др.) установлено двухслойное строение толщи ММП, когда под слоем современной мерзлоты с "разрывом" на глубинах от 80 до 200 – 250 м распространена реликтовая толща многолетнемерзлых пород, мощность которых может достигать 200 – 300 м и более.
Исследование подземных вод области распространения многолетнемерзлых пород связано с именами российских ученых А.И. Калабина, А.В. Львова, Н.Н. Романовского, М.И. Сумгина, Н.И. Толстихина, СМ. Фотиева, П.Ф. Швецова и др. Суммируя имеющиеся представления, можно считать, что основными особенностями гидрогеологических условий этой территории в отличие от районов с отсутствием ММП являются следующие:
1) в пределах области распространения ММП значительный объем свободных гравитационных подземных вод постоянно находится в твердом состоянии и тем самым (временно с точки зрения геологической истории этих районов) исключается из общего круговорота воды в литосфере;
2) мерзлые горные породы с температурами ниже 0°С являются непроницаемыми для свободных гравитационных подземных вод (за исключением криогалинных) и могут рассматриваться в качестве криогенных водоупоров. Положение подземных вод относительно толщи (водоупорных) ММП определяет различные условия их формирования, что служит основой для классификации подземных вод криолитозоны;
3) распространение практически с поверхности земли до глубин 200—300 м, а в ряде случаев до 1000 м и более непроницаемых мерзлых пород с температурами ниже 0°С приводит к резким изменениям гидродинамических, гидрохимических и гидротермических условий формирования всех типов подземных вод, определяя глубокое "криогенное" преобразование гидрогеологических структур. В связи с этим артезианские бассейны, гидрогеологические массивы и другие типы гидрогеологических районов в пределах зоны сплошного распространения ММП значительной мощности должны рассматриваться (Н.Н. Романовский и др.) в качестве специфических криогидрогеологических структур (криоартезианские бассейны, криогидрогеологические массивы и др.).