II. 1. КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ КРИОЛИТОЗОНЫ

Изучение подземных вод криолитозоны можно подразде­лить на три основных этапа, тесно связанных с этапами разви­тия мерзлотоведения, — геокриологии (Основы геокриологии, т. I, I959) и региональной гидрогеологии (Толстихин, Кирю-хин, 1978).

Первый этап охватывает по времени значительный период познания Сибири и севера европейской части России. В XVIII в. отрывочные сведения о «вечной мерзлоте» и о подзем­ных водах Сибири поступают от участников научных академи--¹ ческих экспедиций. В XIX в. известные путешественники и уче­ные Ф. П. Врангель (1820—1824), А. Ф. Миддендорф (1842— 1845), Г. Майдель (1860—1870) обследуют гигантские наледи Верхояно-Колымской горной области и публикуют о них ин­тересные сведения.

С 60-х годов XIX столетия начинается освоение Сибири, связанное с поисками, разведкой и. эксплуатацией месторож­дений золота и других цветных металлов, со строительством железных дорог, городов и поселков. Изучение мерзлых пород и подземных вод стимулируется прямыми требованиями прак­тики. Как бороться с водами в шахтах, прошедших мерзлые толщи и углубившихся в талые слои, где найти источники во­доснабжения для городов и железнодорожных станций, как избежать пагубного воздействия наледей на здания, мосты и земляное полотно дорог, — вот далеко не полный перечень вопросов, которые остро вставали перед исследователями Вос­точной Сибири.

В эти годы русские горные инженеры Л. А. Ячевский, В. А. Обручев, Н. М. Козьмин, С. А. Подьяконов и другие сде­лали большой шаг в изучении мерзлых толщ и подземных вод. Они впервые указали на влияние геологического строения и подземных вод на прерывистость и изменение мощностей мерз­лых толщ. Наиболее полно и всесторонне вопросы взаимодей­ствия мерзлых толщ и подземных вод были разработаны Н. М. Кузьминым, работавшим в Забайкалье, Южной Якутии и на Патомском нагорье. Н. М. Козьмин первый обосновал наличие мощных бассейнов подземных вод «в местностях с вечной мерзлотой». При этом он подчеркивал, что источники подземных вод и связанные с ними наледи более равномерно

2 Н. Н. Романютошй 17

обеспечены питанием в зимний период, чем воды поверхност­ных водотоков и речные наледи. Н. М. Козьмин подал также мысль о наледях как показателях наличия подземных вод и об искусственном регулировании процессов наледообразования. Он предвосхитил многие научные представления о мерзлотно-гидрогеологических условиях горно-складчатых областей, ко­торые впоследствии были разработаны советскими гидрогеоло­гами.

Важными были исследования горного инженера С. А. Подьяконова, проводившего геологоразведочные работы в Северном Забайкалье, Становом нагорье и на Алданском плоскогорье. Значительное внимание он уделил условиям фор-^ мирования таликов в долинах рек и наледей, которым приписы­вал происхождение за счет поверхностных вод. Впервые им дано правильное объяснение причин формирования наледных бугров.

Крупный прогресс в мерзлотно-гидрогеологических иссле­дованиях был связан с изысканием и строительством Забай­кальской и Амурской железных дорог. Полученные при этом обширные материалы о подземных водах и мерзлых толщах,, о явлениях наледей и гидролакколитов, о приемах борьбы с ними дали значительный толчок в развитии гидрогеологии криолитозоны. Обобщением полученных сведений явилась книга сибирского геолога А. В. Львова «Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на западной части Амурской железной дороги в условиях «вечной» мерзлоты почвы» (1916),, где были поставлены важные вопросы как о причинах форми­рования мерзлых толщ, так и об условиях распространения и образования «пробелов» в мерзлоте, т. е. таликов, особенна водоносных. Этой работой как бы завершался первый этап изучения подземных вод криолитозоны.

На первом этапе исследования подземных вод проводи­лись главным образом вблизи южной окраины области вечной мерзлоты. Здесь воды изучались как в виде естественных про­явлений, так и в шурфах, шахтах и скважинах. В северных районах этой области исследования носили случайный харак­тер и базировались исключительно на изучении естественных водопроявлений (полыней, наледей). Дискуссионным оставался вопрос об источниках питания наледей в горных районах Вос­точной Сибири. Неясной была и общая картина распростране­ния лодземных вод в условиях суровой, северной вечной мерз­лоты. Полностью не изученными оставались обширные артези­анские бассейны.

Второй этапохватывает период с Великой Октябрьской социалистической революции примерно до 1960 г. Уже в нача­ле 30-х годов началось всестороннее изучение подземных вод, криолитозоны в Забайкалье, на Дальнем Востоке, в Монголь­ской Народной Республике, на Арктическом побережье, а

Центральной Якутии и других районах. Особенно плодотвор­ными были исследования Н. И. Толстихина. В 1931 г. он пред­ложил классификацию подземных вод по отношению к мерз­лым породам (см. П.З), а в дальнейшем дал их достаточно лолную характеристику. В 1941 г. им было опубликовано пер­вое учебное пособие по новой отрасли знаний — книга «Под­земные воды мерзлой зоны литосферы».

В проблеме изучения наледей большое значение имеют работы В. Г. Петрова, проведенные в 20-х годах на Амуро-Якутской магистрали. Здесь в промышленных масштабах. им была организована борьба с этим опасным для дорог явлени­ем, Наиболее эффективными оказались «мерзлотные пояса», идея которых была высказана М. И. Сумгиным. Мерзлотные пояса представляют собой перемычки из искусственно промо­роженного грунта, создаваемые на пути потока грунтовых вод и приводящие к их выходу на поверхность и замерзанию в виде наледей на расстоянии, безопасном для искусственного соору­жения.

В Селенняхской впадине и хр. Тас-Хаяхтах были проведе­ны П. Ф. Швецовым и В. П. Седовым (1941) уникальные ис­следования гигантских наледей — тарынов, описанных еще Г. Майделем. Было установлено, что питаются они подземными водами глубокого стока.

Второй этап ознаменовался широким тематическим изу­чением подземных вод в самых разных районах криолитозоны. Назовем некоторые из этих исследований. Подземные воды изучались на Европейском севере (в районе Воркутинских мес­торождений каменных углей) В. М. Барыгиным, А. В. Редозу-бовЫхМ и др.; в Центральной и Южной Якутии — Н. И. Тол-стихиным, В. М. Максимовым, П. И. Мельниковым, А. И. Ефи­мовым, Н. А. Вельминой, С. М. Фотиевым и др. В Западной Якутии в связи с открытием алмазоносных кимберлитовых трубок соленые подземные воды с отрицательными темпера­турами были обнаружены и изучались в районе Мирного А. И. Ефимовым и И. С. Ломоносовым, а в районе Айхала 3, Г. Устиновой. На побережье северных морей условия фор­мирования высокоминерализованных подземных вод исследо­вались в разные годы: на Чукотке П. Ф. Швецовым, В. М. По­номаревым, А. Я- Стремяковым и другими, в районе Амдермы, бух. Кожевникова, на п-ове Нордвик, на о. Вайгач и в других районах — В. М. Пономаревым, П. Д. Сиденко и Н. И. Обиди-ным. Большие гидрогеологические работы проводились в эти годы на Дальнем Востоке, в Забайкалье, вдоль линии будущей Байкало-Амурской магистрали.

Особое место занимают исследования мерзлотно-гидрогео-логических условий Северо-Востока СССР, проведенные К В, Губкиным, А. И. Калабиным и П. Ф. Швецовым. Ре­зультатом многолетних исследований П. Ф. Швецова явилась

2* . . -. ; ;J9

монография «Подземные воды Верхояно-Колымской горно-складчатой области и особенности их проявления, связанные с низкотемпературной вечной мерзлотой» (1951).

А. И. Калабиным были обобщены обширные материалы по подземным водам и мерзлым породам, полученные в связи с разведкой и эксплуатацией россыпных месторождений. В ре­зультате им была опубликована работа «Вечная мерзлота и гидрогеология Северо-Востока СССР» (1960), в которой под­робно рассмотрены закономерности формирования мерзлотных условий и подземных вод этой обширной области. В книге объ­яснены закономерности питания, стока и разгрузки подземных вод горных областей с разнообразной по суровости мерзлотной обстановкой. В ней рассмотрены особенности формирования наледей подземных вод, обосновано выделение особых мерз-лотно-гидрогеологических структур, образованных благодаря промерзанию трещиноватых массивов скальных пород, впервые поставлены вопросы искусственного восполнения запасов под­земных вод.

Исследования подземных вод криолитозоны на втором этапе привели к решению важных вопросов общего характера.

1. Было установлено, что подземные воды имеются в пре­
делах практически всей области глубокого промерзания зем­
ной -коры, как в горно-складчатых областях, так и в артезиан­
ских бассейнах.

2. Работами Н. И. Толстихина, П. Ф. Швецова, А. И. Ка-
лабина, В. М. Пономарева и других доказано широкое распро­
странение пресных вод глубокого подмерзлотного стока и
практически были решены вопросы водоснабжения во многих
районах с суровыми мерзлыми толщами (Якутска, Норильска,
Магаданской области и др.).

3. Установлено, что подземные воды в разных гидрогео­
логических структурах, в различной степени промороженных,
обладают весьма различными условиями формирования, пита­
ния и стока. Следствием этого является большое разнообразие
состава и минерализации этих вод, меняющейся от первых де­
сятков миллиграмм на литр до 200 г/л и более. Были получе-
лы данные о широком распространении криогалинных вод. Они
были встречены на Арктическом побережье, а также в артези­
анских бассейнах платформ.

4. Фактическое подтверждение получили представления о
преимущественном распространении наледей подземных вод,
особенно в суровых мерзлотных условиях. Получили разработ­
ку и были применены на практике основные приемы борьбы
с нежелательным воздействием наледных явлений («мерзлот­
ные пояса», каптаж источников и др.) на инженерные соору­
жения.

5. Были разработаны приемы поисков месторождений
подземных вод и их разведки, приемы и правила эксплуатации

гидрогеологических скважин и каптажа источников в условиях • «вечной мерзлоты». Они обобщены в работах А. И. Калабина и Н. А. Вельминой.

6. Утвердилось научное положение о том, что геолого-структурные условия являются и всегда остаются определяю­щими при формировании подземных вод как в условиях отсут­ствия, так и наличия мерзлых толщ — криогенных водоупоров.

Третий этап начинается примерно с 1960 г. Он ознамено­вался целым рядом качественных изменений в познании под­земных вод криолитозоны. Перечислим кратко достижения и новые тенденции, характерные для этого этапа.

1. С 1960 г. начинается проведение мелкомасштабных
мерзлотно-гидрогеологических съемок (м-ба 1:500 000 —
1:200 000), которыми стали охватываться обширные террито­
рии в .пределах разных гидрогеологических областей, входящих
в криолитозону. В результате этих съемок началось углублен­
ное изучение особенностей подземных вод в разных гидрогео­
логических структурах (ТГС), особенностей криогенного пре­
образования самих структур и характерных черт взаимодей­
ствия в них мерзлых толщ и подземных вод. Началом таких
исследований явились мерзлотно-гидрогеологические съемки
Южной Якутии, охватившие территорию Алданского щита и
Чульманской впадины. Эти съемки начали проводиться кафед­
рой мерзлотоведения геологического факультета МГУ. В даль­
нейшем такие же съемки были проведены на западной окраине
Якутского артезианского бассейна, в пределах Верхояно-Ко-
лымской горно-складчатой области. В настоящее время ими
охвачена полоса, тяготеющая к Байкало-Амурской магистрали.
Производство таких съемок йо единой методике стало воз­
можным благодаря изданию в 1970 г. «Методики комплексной
мерзлотно-гидрогеологической и инженерно-геологической
съемки масштабов 1:200 000 и 1:500 000», написанной кол­
лективом авторов .под редакцией проф. В. А. Кудрявцева, а
также «Инструкции...» по этим съемкам. Главным в разрабо­
танной методике явилось то, что закономерности формирова­
ния мерзлых пород и подземных вод рассматриваются в их
тесной взаимной связи. При исследованиях применяется «ме­
тод ключевых участков», т. е. выделение типичных территорий,
где детально изучаются эти закономерности, а затем распрост­
раняются на более широкие площади, на которых «типичные»
для ключевых участков условия сохраняются. При этом широ­
ко используются методы дешифрирования аэро- и космосним-
ков.

2. Опубликовано второе ивдлние многотомной монографии
«Гидрогеология СССР». В ней сделаны важные научные обоб­
щения большого фактического материала как по подземным
водам отдельных регионов, занятых мерзлыми породами, так
и по всей криолитозоне в пределах СССР.

3. Широко проводятся мерзлотно-гидрогеологические ис­
следования на месторождениях полезных ископаемых. Это
обусловлено высокими требованиями Государственной комис­
сии по запасам полезных ископаемых при Совете Министров
СССР (ГКЗ) к полноте освещения инженерно-геологических,
гидрогеологических и мерзлотных условий районов их эксплуа­
тации. К числу работ, имеющих большое методическое значе­
ние, относятся исследования кафедры мерзлотоведения и ка­
федры инженерной геологии и грунтоведения геологического
факультета МГУ на Витимо-Патомском нагорье, в районе Тал-
наха, ВСЕГИНГЕО — в районе Норильска и др.

4. Поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений
на Западно-Сибирской плите, Сибирской платформе и других
районах дали обширные материалы по условиям залегания и
закономерностям формирования криолитозоны и подземных
вод в зависимости от геоструктурных условий, наличия газовых
залежей и т. .д. Таким образом, мерзлотно-гидрогеологические
исследования в горно-складчатых областях, начатые еще на
предыдущем этапе, дополнены широким изучением артезиан­
ских областей платформ. Это позволило подойти к проблеме
криогенного преобразования гидрогеологических структур и
сформировать представления о криогидрогеологических струк­
турах (А. И. Калабин, Н. И. и О. Н. Толстихины, Н. Н. Рома­
новский, С. М. Фотиев).

5. Широкое развитие получили исследования таликов.
Они стали изучаться в зависимости от условий теплообмена
на 'поверхности земли или под водоемами, выяснялись их связи
с геоструктурной обстановкой, мерзлотными условиями, под­
земными водами и наледями. Результатом таких исследований
стали генетические классификации таликов, учитывающие их
гидрогеологические особенности (Н. Н. Романовский,
С. М. Фотиев, Н. И. Толстихин). Разработаны основные пред­
ставления о приуроченности таликов к различным криогидро-
геологическим структурам, о режиме и особенностях подземных
вод таликов в различных зональных и геоструктурных усло­
виях.

6. В исследовании наледей как естественных водопрояв-
лений криолитозоны следует отметить развитие нескольких на­
правлений: а) режимные стационарные наблюдения за режи­
мом наледей (В. Р. Алексеев, Н. А. Букаев, Б. Л. Соколов,
О. Н. Толстихин, В. В. Шепелев, 3. Г. Устинова и др.); б) соз­
дание каталогов наледей, включающих данные по их местопо­
ложению, площади, мощности и объемам наледного льда
(А. С. Симаков, 3. Г. Шильниковская, А. С. Кузнецов,
Б. Л. Соколов, О. Н. Толстихин, В. Р. Алексеев и др.); в) под­
счет естественных ресурсов подземных вод по наледям
(О. Н. Толстихин, Б. Л. Соколов, В. Е. Афанасенко); г) разви­
тие представлений о многолетней миграции наледей, их геоло-

гической деятельности и палеогеографическом значении (Н. Н. Романовский, В. Е. Афанасенко, В. Р. Алексеев, JV1. М. Корейша и др.)-

, 7. Начались широкие исследования гидрогеохимии природ­ных вод, подземных и наледных льдов в их взаимной связи, а также процессов криогенного метаморфизма подземных вод (Н. П. Анисимова, В. П. Волкова, Р. С. Кононова, В. Е. Афа­насенко, А. В. Иванов, С. Л. Шварцев, С. М. Фотиев и др.).

8. В гидрогеологии криолитозоны стал применяться гео­исторический подход, основной методический ключ которого — анализ истории и динамики многолетнего промерзания пород в плейстоцене и голоцене и выявление влияния этого процесса на гидрогеологическую обстановку (С. М. Фотиев, Н. Н. Ро­мановский, Р. С. Кононова и др.).

Достижения советских гидрогеологов и мерзлотоведов в изучении подземных вод криолитозоны наиболее полно изло­жены в докладах, представленных на международных конфе­ренциях по мерзлотоведению, проводившихся в США (1963), СССР (1973) и Канаде (1978).

Поиск по сайту: