Vi. 1. основные типы гидрогеологических

структур

Основной формой научного обобщения региональных све­дений о подземных водах, отражающих закономерности их формирования и распределения в пределах выделенных районов, является гидрогеологическое районирование. В советскую гид­рогеологию прочно вошел способ единого гидрогеологического районирования на структурно-геологической основе, учитываю­щей физико-географическую обстановку формирования подзем­ных вод. Он разработан трудами советских ученых Н. Ф. По-гребова, М. М. Васильевского, Б. К. Терлецкого, И. К. Зайцева, Г. Н. Каменского, А. И. Силина-Бекчурина, Н. И. Толстихина и других и продолжает совершенствоваться в настоящее время. В качестве основной единицы гидрогеологического районирова­ния И. К. Зайцевым, Н. И. Толстихиным, О. Н. Толстихиным и другими принимается гидрогеологическая структура (ГГС),которая представляет геотектоническую структуру, имеющую характерное выражение в рельефе, в которой поверхностные и подземные воды (грунтовые, артезианские, трещинно-жильные) по условиям своего формирования связаны в единую зональную систему и закономерно распределены. ГГС включает внутрен­ние области питания (если таковые имеются), движения и раз­грузки подземных вод одного или нескольких типов. По ха­рактеру коллекторов выделяются ГГС с пластовыми и трещинными типами подземных вод, а по основному на­правлению движения — структуры с центростремитель­ным стоком, ориентированным преимущественно от их перифе­рии к центру, и структуры с центробежным стоком, направлен­ным от центра к их окраинным частям.

Выделяются три основных типа гидрогеологических струк­тур.

1. Артезианские бассейны (АБ)— двухэтажные сооруже­
ния, состоящие из чехла, осадочного или осадочно-вулканоген-
ного и кристаллического или складчатого фундамента. Для АБ
характерен преимущественно пластовый тип артезианских и
грунтовых вод и чаще всего центростремительный характер
стока;

2. Гидрогеологические массивы(ГМ) — одноэтажные со­
оружения, сложенные изверженными и метаморфическими по­
родами, прикрытыми чехлом четвертичных отложений или во-

все обнаженными. Основными типами вод являются разнооб­разные трещинные воды, которые образуют систему бассейнов стока подземных вод, тесно связанных с грунтовыми поровыми водами четвертичных отложений. Большинство ГМ— структуры, выраженные положительными формами рельефа. Поэтому на­правление движения подземных вод ГМ преимущественно центробежное.

3. Вулканогенные бассейны (ВБ)—сложные структуры, образованные покровами вулканогенных пород, перекрывшими АБ и ГМ вследствие проявления молодого (послескладчатого) вулканизма. Для них характерно распространение трещинных вод при подчиненной роли пластовых вод. Гидрогеологические условия ВБ разнообразные и часто весьма сложные.

Между АБ и ГМ существует непрерывный ряд переходных структур, среди которых выделяют адартезианские бассейны и гидрогеологические адмассивы.

Адартезианские бассейны (АдАБ) — это двух­этажные сооружения, осадочный чехол которых представляет синклинальную структуру, разбитую системой тектонических разрывных нарушений. В АдАБ наряду с пластовыми типами движений подземных вод существует трещинно-жильный. Раз-рывные нарушения обеспечивают гидравлическую связь водо­носных горизонтов и комплексов пород в гидрогеологическом разрезе чехла. АдАБ выражены обычно в рельефе отрицатель­ными формами, и им присущ преимущественно центростреми­тельный сток.- Однако в гипсометрически приподнятых адарте*. зианских бассейнах центростремительный характер стока мо­жет нарушаться и даже меняться иногда на центробежный.

Гидрогеологические адмассивы (ГАМ) являют­ся как одноэтажными, так и двухэтажными сооружениями, сло­женными древними осадочными и вулканогенными породами, сильнометаморфизованными и дислоцированными. Основными типами вод в них являются трещинные и трещинно-жильные воды. Благодаря наличию первичной слоистости пород в ГАМ, сохраняются и пластовые подземные воды. ГАМ образуют, как правило, положительные формы рельефа и имеют центробеж­ный характер стока. Однако в структурах ГАМ, приуроченных к депрессиям рельефа, возможен и центростремительный сток.

Следует сказать, что приведенное подразделение ГГС не является единственным. Например, в сводном томе «Гидрогео­логия СССР» (1976) в качестве основных единиц гидрогеоло­гического районирования Н. В. Роговской приняты бассейны подземных вод: артезианские бассейны; бассейны трещинных вод, соответствующие ГМ; бассейны трещинно-пластовых и пластово-трещинных вод, в целом отвечающие ГАМ, если они занимают положительные формы макрорельефа, и АдАБ, если они приурочены к депрессионным формам, а также вулкано­генные супербассейны, соответствующие ВБ.

Основные типы ГГС выделяются при гидрогеологическом районировании как структуры различного порядка (см. рис. 2). Крупные ГГС первого порядка по индивидуальным особен­ностям их частей могут подразделяться на одноименные струк­туры второго и более высоких порядков. В пределах структур более низкого порядка могут существовать также небольшие по размерам ГГС' высоких порядков; отличающиеся по своим основным признакам. Например, в пределах гидрогеологичес­ких массивов могут присутствовать наложенные АБ, АдАБ, и ВБ, а на участках, сложенных карбонатными породами,— внутриструктурные бассейны- карстовых вод (БКВ) и карсто­вые водоносные системы. Особо выделяются наложенные кар­стовые бассейны, представляющие собой спокойно залегающие на поверхности ГМ толщи закарстованных известняков, извест­ные, например, на Алданском щите.

Совокупности (системы) ГГС образуют надпорядковые гидрогеологические мегаструктуры (Толстихин, Кирюхин, 1978). В настоящее время широко принятым является выделение двух типов надпорядковых гидрогеологических структур, Это гидро­геологические области платформ или гидрогеологические плат­форменные области (ГПО) и гидрогеологические складчатые области (ГСО) (Гидрогеология СССР, сводный том, 1976). Этим подразделением будем пользоваться в дальнейшем.

Гидрогеологические платформенные об л а с-ти включают в себя артезианские области (АО), состоящие из системы артезианских бассейнов, приуроченных как к самим платформам, так и к краевым прогибам, и гидрогеологические массивы платформенного типа, представляющие собой выступы кристаллического фундамента платформы. Некоторые исследо­ватели (Н. И. Толстихин, О. Н. Толстихин, В.. А. Кирюхин и др.) в пределах АО к АБ первого порядка выделяют в ка­честве структур более высоких порядков адартезианские, вул­каногенные и наложенные карстовые бассейны. В пределах. криолитозоны примером гидрогеологической платформенной об­ласти является сложная система ГГС Сибирской платформы. Эта ГПО включает в себя Восточно-Сибирскую АО, состоящую из АБ первого порядка (Тунгусский,-Ангаро-Ленский, Якутский, Оленекский, Котуйский, Хатангский) и ГМ (Енисейский и Ана-барский) (см. рис. 2).

Гидрогеологические складчатые облает и являются сложными ГГС, состоящими из сочетания ГМ и ГАМ и межгорных АБ и АдАБ, а также ВБ и БКВ. Они приурочены преимущественно к геосинклинальным (орогенным) областям,, а в рельефе представляют низко-, средне- и высокогорные со­оружения.

Характерные черты и особенности основных ГГС и их си­стем— гидрологических областей освещены в ряде работ со­ветских гидрогеологов (Каменский и др., 1959; Зайцев, Толсти-

хин, 1963; Толстихин, Кирюхин, 1978 и др.). В этих работах показано, что решающими факторами формирования и распре­деления подземных вод являются геолого-структурные и физи­ко-географические факторы. Как уже говорилось, геолого-структурные факторы обусловливают взаимоположение ГГС и их внутреннее строение. Физико-географические влияют сущест­венно на особенности «жизни» подземных вод в каждой кон­кретной гидрогеологической структуре. Наиболее ярким при­мером влияния физико-географической обстановки является наличие сурового климата и развитие криолитозоны, которые влияют на изменение характера гидрогеологических структур благодаря появлению новых особых факторов в пределах каж­дой'из указанных групп. Глубокое многолетнее промерзание-и охлаждение горных пород и подземных вод, приводящее к фор­мированию криолитозоны, в том числе мерзлых толщ — крио­генных водоупоров, обусловливает существенные изменения в условиях формирования подземных вод во всех типах и всех системах гидрогеологических структур (см. II.2), В результате многолетнего промерзания образуются специфические крио-гидрогеологические (мерзлотно-гидрогеологические) структуры (КГГС), отличающиеся от исходных ГГС. В за­висимости от степени промерзания гидрогеологические особен­ности исходных ГГС изменяются в разной степени. При неглу­боком островном или прерывистом промерзании изменения ис­ходных структур невелики. При глубоком сплошном промерза­нии они бывают кардинальными. .

Суровые климатические условия, свойственные территории,. занятой криолитозоной, влияют на «жизнь» подземных вод многообразно. Короткий период выпадения атмосферных осад­ков в жидком состоянии, перемерзание и полное исчезновение-зимой поверхностных водотоков, фиксация выходящих на по­верхность вод в виде наледей — вот только некоторые особен­ности физико-географической обстановки, воздействующие на подземные воды и проявляющиеся в разных ГГС по-разному.

Критерии для оценки криогенных изменений ГГС вырабо­таны совсем недавно. Вследствие этого подразделение таких структур по степени промерзания не разработано еще оконча­тельно, а их названия не являются общепринятыми. Поэтому в последующих разделах (см. VI.2 и 3) рассмотрим особен­ности влияния многолетнего промерзания на выделенные выше типы ГГС и на этом основании предложим классификационные схемы их подразделения по степени криогенного преобразова­ния.

Известно (см. гл. I), что на платформах и в горно-склад-чатых областях мерзлотные условия формируются различно. Существенно неодинакова и геологическая история платформ и горных сооружений в последний кайнозойский этап их раз­вития. Неодинаковые геологические события, в том числе и ис-

тория развития мерзлых толщ, по-разному влияют на подзем­ные воды в этих геоструктурах (Фотиев, 1978). В силу этого влияние многолетнего промерзания на подземные воды и на строение криолитозоны будет рассмотрено ниже отдельно для гидрогеологических областей платформенного (см. гл. VII) и орогенного (см. гл. VIII) типов.

VI. 2. КРИОГЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ МАССИВОВ И АДМАССИВОВ

Для гидрогеологических массивов и адмассивов характер­на нарушенность их крупными дизъюнктивами, древними, омо­ложенными, реже новейшими. К дизъюнктивам приурочены трещинно-жильные воды, проникающие иногда на значительные глубины (до нескольких километров). Наиболее трещиноваты­ми и водообильными являются омоложенные и новейшие раз­ломы, особенно образовавшиеся в условиях растяжения земной коры, например в пределах Байкальского рифта. В ГАМ роль коллекторов подземных вод выполняют также контакты оса-дочно-метаморфических толщ и интрузий, обладающие повы­шенной трещиноватостью.

Рассматриваемым ГГС присущи зоны экзогенной трещино-ватости, обусловленные выветриванием и разгрузкой, карсто-ванием карбонатных пород и другими поверхностными факто­рами. Мощность этой зоны составляет обычно 100—200 м, при­чем экзогенная трещиноватость затухает с глубиной. В особых условиях эта зона сокращается до нескольких десятков метров. Например, на Балтийском щите экзогенная трещиноватость ис­чезает на глубинах 50—70 м, что большинство исследователей связывает с недавней ледниковой экзарацией пород этого древ­него массива. Трещиноватость пород ниже этой зоны имеет ли-тогенетическую, метаморфическую и тектоническую природу. Она сильно зависит от состава и свойств пород. Количество открытых (водоносных) трещин здесь существенно меньше, чем в приповерхностной зоне. Исключение составляют только разрывные нарушения.

Таким образом, региональным коллектором подземных вод ГМ и ГАМ является зона экзогенной трещиноватости. Поэтому важнейшим признаком характера и степени преобразвания этих структур многолетним промерзанием является влияние последнего на воды этой зоны. Многолетнее промерзание пород ГМ и ГАМ обусловливает изменение ряда характерных для них черт, в первую очередь таких, как питание подземных вод, их безнапорный или напорный режим, раопределение в струк­турах, сток и разгрузка.

В разрезе ГМ выделяются вертикальные зоны: 1) аэрации, 2) сезонных колебаний уровней подземных вод, 3) трещинных грунтовых ©од, 4) трещинно-жильных напорных вод. Питание

осуществляется по всей территории ГМ, а площадь питания совпадает с областью распространения трещинных грунтовых вод. При инфильтрации дождевых вод происходит их глубокое просачивание. Мощность зоны аэрации достигает на водораз­делах и склонах сотен метров, а зоны сезонных колебаний — десятков метров. Выходы грунтовых вод появляются только в нижних частях склонов.

Многолетнему промерзанию подвергаются в первую оче­редь породы зоны аэрации ГМ. Здесь мерзлые породы обычно приобретают неполно выраженные (т. е. с неполным заполне­нием пустот льдом) трещинные криотекстуры. Полное заполне­ние трещин льдом, главным образом гольцового происхожде­ния (см. гл. III), имеет место ниже СТС, в слое мощностью в несколько метров, а также на тех уровнях, где фронт промер­зания достигал поверхности грунтовых вод.

Многолетнее промерзание обычно начинается с приводо-раздельных частей ГМ и ГАМ, со склонов северной экспозиции и участков, где в составе рыхлых четвертичных отложений пре­обладают суглинки. На первом этапе образуются островные (редко-островные, островные, массивно-островные), а затем прерывистые ММП. Мощность островных и прерывистых ММП, составляющая от первых метров до 50—100 м, меньше регио­нальной зоны экзогенной трещиноватости. В таких условиях зоны аэрации и сезонных колебаний уровней сохраняются в пределах радиационно-тепловых таликов, а также ниже подош­вы ММП. Там, где подошва ММП достигает уровня подземных вод, последние приобретают напор. Над участками распростра­нения ММП появляется горизонт вод СТС. На контактах мерз­лых толщ и таликов вследствие колебания их границы обра­зуется вертикально ориентированный слой повышенной крио­генной трещиноватости (см. IV.3).

Таким образом, при островном и прерывистом многолетнем промерзании криогенное преобразование ГМ и ГАМ появляет­ся и растет по мере увеличения площади распространения ММП. Происходит локализация очагов питания трещинных грунтовых вод, а места их питания уже не повсеместно совпадают с пло­щадями их распространения. В ГМ (ГАМ) появляются напор­ные трещинные воды подмерзлотного стока (рис. 34,А). В то же время криогенное преобразование не изменяет еще коренным образом основных черт этих структур.

Формирование в пределах ГМ (ГАМ) сплошных ММП с мощностью меньше мощности зоны экзогенной трещиноватости приводит к дальнейшему изменению их особенностей. Талики остаются только в долинах рек, ручьев и под озерами (рис. 34,Б). Питание подземных вод на междуречьях полностью прекращается, а их уровень теперь контролируется уровнями поверхностных вод в водотоках и иногда озерах. Питание под­земных вод ГМ осуществляется в таких условиях за счет по-

Рис. 34. Преобразование гидрогеологических массивов многолетним про­мерзанием. Криогидрогеологические массивы: А — прерывистого промер­зания, Б — сплошного неглубокого промерзания, В — сплошного глубо­кого промерзания, Г — сплошного сверхглубокого промерзания: 1 — рыхлые четвертичные отложения, 2 — слабопроницаемые породы чехла артезианских бассейнов, 3 — хорошо проницаемые породы чехла арте-

\верхностных вод и вод СТС через гидрогенные подрусловые, пойменные, реже подозерные инфильтрационные талики, а не непосредственно дождевыми водами. Породы в зоне аэрации промерзают, и она резко сокращается или исчезает вовсе. Тре­щинные подземные воды приобретают криогенный напор. Толь­ко в тех частях ГМ, где на междуречьях подошва мерзлых толщ не достигает уровня подземных вод, последние остаются безнапорными. В инфильтрационных таликах, приуроченных к верховьям рек и ручьев, где зимой прекращается поверхностный сток и питание поверхностными водами, в водно-критический период происходят сработка подземных вод и падение их уров­ней.

В ГМ и ГАМ при многолетнем промерзании на контакте тюдошвы ММП и подземных вод часто образуется зона (ярус) криогенной дезинтеграции, т. е. повышенной трещиноватости и обводненности пород, обусловленная их многократным промер­занием и оттаиванием. Наличие таких зон у подошвы ММП было установлено еще А. В. Львовым (1916) при гидрогеологи­ческих исследованиях на Забайкальской железной дороге. В дальнейшем исследованиями Н. И. Толстихина и позже Р. Я. Колдышевой в Забайкалье, А. В. Губкина и А. И. Кала-бина на Северо-Востоке СССР и многих других гидрогеологов, работавших в горных районах, показано, что это явление в ГМ (ГАМ) криолитозоны имеет очень широкое распространение. Зон криогенной дезинтеграции в вертикальном разрезе ГМ и ГАМ может быть несколько. Они как бы фиксируют интервалы, на которых в геологическом прошлом происходили колебания мощности ММП. Мощность этих зон изменялась от первых метров до нескольких десятков метров. Так, для ГМ Северо-Востока СССР А. И. Калабин (1960) указывает, что мощность подмерзлотной зоны криогенной дезинтеграции и высокого об­воднения достигает 40—60 м. Она лучше выражена в породах прочных (изверженных и метаморфических), чем в относитель­но слабометаморфизованных сланцах и песчаниках.

Зоны криогенной дезинтеграции в пределах мерзлых толщ фиксируются по повышенной льдистости пород и расширенным трещинным типам криотекстур. Встречаются они и существенно ниже современного положения подошвы мерзлой толщи (рис. 34, Б, В).

эианских бассейнов, 4 — изверженные и метаморфические породы, 5 — экзогенная трещиноватость пород, 6 — зоны криогенной дезинтеграции, 7 — разрывные нарушения и повышенная трещиноватость пород, 8 — минерализация подземных вод (а — пресные, б — солоноватые, в — со­леные и (рассолы), 9 — ММП, 10 — морозные породы, 11 — породы с криогалинными водами, 12 — направление движения подземных вод, 13 — места инфильтрации атмосферных осадков, 14 —> уровень подзем­ных вод, 15 — границы ММП (а), морозных пород (б), пород с криога­линными водами (в)\ 16 — границы гидрогеохимических зон

Таким образом, степень развития трещинных подмерзлот-ных вод в ГМ (ГАМ) зависит от динамики мерзлых толщ. Наи­большей мощности подмерзлотная обводненная зона криоген­ной дезинтеграции достигает в периоды, когда происходит де­градация мерзлой толщи снизу. При современном состоянии мерзлые толщи имеют мощности меньшие, чем в верхнем плей­стоцене (см. 1.3). В силу этого обводненные зоны подмерзлот-ных трещинных вод в ГМ и ГАМ распространены весьма широ­ко. В структурах, где мерзлые толщи имеют островное и пре­рывистое или сплошное неглубокое промерзание, условия водо­обмена достаточно благоприятны. Гидрохимическая зональ­ность, свойственная таким структурам вне криолитозоны, в целом сохраняется. В них зона пресных вод достигает не­сколько сот, а иногда 1000—1500 м. Таким образом, в таликах и ниже мерзлых толщ распространены пресные воды, состав которых существенно не изменен криогенными процессами.

Увеличение мощности сплошных ММП до 150—200 м и бо­лее (т. е. до значений, превышающих глубину распространения экзогенной трещиноватости) и промерзание пород в днищах долин рек приводит к новому качественному изменению ГМ и ГАМ. При глубоком многолетнем промерзании ГМ, сложен­ных изверженными и глубоко метаморфизованными породами, подземные воды ниже яруса ММП остаются только в пределах тектонических разрывиых нарушений и на контактах с молоды­ми интрузиями, а также под днищами долин, где ММП имеют меньшие мощности, а зона экзогенной трещиноватости велика (рис. 34, В). В ГАМ сохраняются пластово-трещинные подмерз-лотные воды, но горизонты этих вод имеют обычно малую водо-обильность и распространены не повсеместно.

При глубоком многолетнем промерзании ГМ и ГАМ обвод­ненность этих структур существенно зависит от активности и контрастности проявления новейших движений. В структурах с активным их проявлением по зонам разрывных нарушений под реками существуют инфильтрационные и напорно-фильтра-ционные сквозные талики, а по самим нарушениям осущест­вляется весьма интенсивный водообмен. Многочисленны под-русловые инфильтрационные, грунтово-фильтрационные талики и напорно-фильтрационные талики, с которыми связаны полыньи и наледи в долинах рек. Очень ярко это проявляется в бассей­нах карстовых вод (БКВ), приуроченных к ГМ. Подчеркнем, что водообмен в таких условиях локализован по разрывным омоложенным зонам, а в ограниченных ими массивах пород, т. е. на большей площади структуры, он или сильно ослаблен, или даже отсутствует. В таких условиях трещинные и трещин-но-жильные подземные воды ниже мерзлых толщ распростра­нены обычно спорадически и часто обладают повышенной ми­нерализацией. Появление подмерзлотных солоноватых вод на глубинах 200—300 м в ГМ, где при отсутствии мерзлых толщ.

зона пресных вод достигает 1000 м и более, объясняется сов­местным действием криогенного концентрирования в процессе промерзания (см. П.З) и последующего длительного существо­вания этих вод в условиях весьма затрудненного водообмена.

В ГМ (ГАМ), где контрастные новейшие движения отсут­ствуют, глубины многолетнего промерзания по древним раз­рывным нарушениям и под долинами рек, обычно также зало­женным по разрывной сети, существенно не отличаются от средних мощностей мерзлых толщ. В северной подзоне север­ной геокриологической зоны (см. 1.3) такие ГМ проморожены и охлаждены до очень больших глубин (см. рис. 34,В). Сохра­нившиеся ниже мерзлых толщ трещинные и трещинно-жильные воды находятся в условиях крайне затрудненного водообмена и обладают повышенной, а иногда и очень высокой минерали­зацией. Например, мощность криолитозоны в Анабарском ГМ достигает 1500 м. Трещинно-жильные воды в разрывных нару­шениях этой структуры являются, видимо, рассолами, охлаж­денными ниже нуля. Пресные подземные воды существуют только в аллювии подрусловых грунтово-фильтрационных не­сквозных таликов. Связь их с подмерзлотными криопэгами от­сутствует. Только по периферии структуры возможна локаль­ная разгрузка последних в аллювий по сквозным напорно-фильтрационным таликам.

Из изложенного выше следует, что степень воздейст­вия многолетнего промерзания на ГМ и ГАМ мож­но оценивать по двум параметрам: во-первых, по характеру прерывистости мерзлых толщ по площади, и, во-вторых, по с о о т ношению мощности мерзлых толщ с мощностью водоносной зоны экзоген­ной- тр е щ и н о в а то сти. Такой подход к анализу криогенного (преобразования этих структур был предло­жен Н. И. и О. Н. Толстихиными ₍в 60-х года,х., В даль­нейшем ом получил развитие в работах Н. Н. Ро­мановского, В. Е. Афанасенко, С. М. Фотиева и др. Как видно, многолетнее промерзание придает ГМ и ГАМ существенно но­вые черты. Поэтому такие структуры целесообразно выделять как криогидрогео логические массивы (КГМ) и криогидрогеологические адмассивы (КГАМ). Ряд таких структур представлен в табл. 7. В порядке возрастания степени преобразования ГГС многолетним промерзанием вы­делены ГМ (ГАМ) островного и прерывистого промерзания, КГМ и КГАМ сплошного неглубокого промерзания, сплошного глубокого промерзания и сплошного сверхглубокого промерза­ния. Последний вид КГМ назван был ранее О. Н. Толстихиным (1973) криогеологическим массивом. Однако термин этот нельзя считать удачным по двум обстоятельствам. Во-первых, в по­следние годы в недрах массивов глубоким бурением вскрыты воды на глубинах до нескольких километров. Следовательно, промерзание верхней трещиноватой зоны не может привести

Таблица 7

Влияние геокриологических условий на гидрогеологические массивы и адмассивы

Распространение ММП и их соотношение с зоной регио­нальной трещиноватости

Характер таликов

Основные типы подземных

вод

Характер водообмена

Название гидрогеологичес­кого, криогидрогеологичес-кого массива (КГМ) или ад-массива (КГАМ) (примеры), индекс

I. Островные и прерыви­стые ММП с мощно­стями меньше мощно­сти зоны региональной трещиноватости

Радиационно-тепловые и гидрогенные талики всех клас­сов, преимущественно сквоз­ные

Трещинные и трещинно-жильные напорные и без­напорные подмерзлотные воды и грунтовые воды таликов. Зона аэрации про­морожена не полностью

Интенсивный

ГМ (ГАМ) островного (прерывистого) неглубоко­го промерзания (Алданский на высотах менее 1200 м, Патомский, Южного Забай­калья); КГМ-1_О (островно­го), КГМ-1_П (прерывистого S промерзания)

II. Сплошные ММП с мощностями меньше мощности зоны регио­нальной трещиновато­сти

Талики гидрогенные (сквоз­ные), подруеловые и поймен­ные напорно-фильтрационные и инфильтрационные (сквоз­ные), грунтово- фильтрацион­ные (сквозные и несквозные)

Трещинно-жильные и трещинные воды зоны ре­гиональной трещиновато­сти подмерзлотяые напор­ные воды таликов

Затрудненный, локально-интен­сивный

КГМ (КГАМ) сплош­ного неглубокого промер­зания (Становой на высо­тах ниже 1200 м); КГМ-П

III. Сплошные ММП с мощностями больше мощности зоны регио­нальной трещиновато­сти на междуречьях, но меньше в долинах

Талики гидрогенные (сквоз­ные), подрусловые инфильтра­ционные и напорно-фильтра-ционные (сквозные), подрусло­вые грунтово-фильтрационные (несквозные)

Трещинно-жильные, тре-щинно-карстовые пресные

воды подмерзлотные, на­порные и воды таликов

Локально весь­ма интенсивный, регионально за­трудненный или весьма затруд­ненный

КГМ (КГАМ) сплошно­го глубокого промерзания, открытый (Селенняхский, Алданский на высотах более 1500 м); КГМ-Ш

IV. Сплошные ММП с
мощностями повсе­
местно большими
мощности зоны регио­
нальной трещиновато­
сти

Талики подрусловые грун­тово-фильтрационные (несквоз­ные), редко напорно-фильтра-ционные (сквозные) криогид-рогалинные

Трещинно-жильные нед-мерзлотные (и межмерзлот­ные) воды, напорные

Весьма затруд­ненный

КГМ (КГАМ) сплош­ного сверхглубокого про­мерзания, закрытый (Ана-барский, Полоусненеко-Туостахский); KJM-IV

к полной безводности структуры. Во-вторых, нелогично противо­поставление гидрогеологических и геологических (криогеологи-ческих) структур (массивов). Можно привести еще одно сооб­ражение, касающееся гидрогеологической роли КГМ (КГАМ) сверхглубокого промерзания. В горных областях эти структуры являются часто внешними областями межгорных АБ и АдАБ. Аллювиальные воды несквозных подрусловых таликов, сущест­вующих в пределах массивов, идут на пополнение артезиан­ских вод подмерзлотного стока этих бассейнов (см. VIII.2).

Рис. 35. Схема строения криогенного напорного бассейна трещинных под-мерзлотных вод. Условные обозначения те же, что на рис. 34

Особую категорию криогидрогеологических структур, близ­кую к КГМ, представляют криогенные бассейны напорных тре­щинных вод или криогенные напорные бассейны (КНБ). Впер­вые они выделены в 1957 г. А. И. Калабиным на Северо-Восто­ке СССР и названы «криогенными трещинно-напорными бас­сейнами». КНБпо геологическому строению представляют со­бой синклинории, сложенные сильнодислоцированными осадоч­ными и осадочно-вулканогенными образованиями. Они занима­ют депрессионные формы рельефа (равнины, плато, межгорные понижения). Мощность мерзлых толщ превышает в КНБ мощ­ность трещиноватой зоны выветривания и глубину вреза реч­ных долин, достигая на междуречьях 350—400 м и в долинах рек уменьшаясь до 200—300 м. Ниже подошвы мерзлых толщ распространена в целом единая зона криогенной дезинтеграции, к которой приурочены трещинные напорные воды (рис. 35). Мощность этой зоны изменяется от 10 до 50—60 м, увеличи­ваясь под долинами рек и уменьшаясь под междуречьями. Воз­можно, что отдельные участки с наиболее -мощными ММП практически не содержат подмерзлотных вод. Водообильность пород локально увеличивается в зонах разрывных тектоничес­ких нарушений. Сквозные талики приурочены к долинам круп-

lQ H. Ни Романовский

ных и средних рек. По периферии КНБ, гипсометрически наи­более приподнятой, в местах их сочленения с КГМ (КГАМ) горных сооружений под реками, совмещенными с разломами", существуют подрусловые инфильтрационные талики, являющие­ся очагами питания трещинных подмерзлотных вод. В цент­ральных, пониженных частях КНБ распространены подрусло­вые грунтово-фильтрационные и напорно-фильтрационные та­лики. В целом уровень подмерзлотных трещинных напорных вод контролируется положением уровней речных вод на участ­ках питания и разгрузки. Таким образом, основное направле­ние движения подземных вод КНБ — центростремительное. Раз­грузка вод КГМ осуществляется часто через аллювий речных долин, выполняющий роль промежуточного коллектора.

Примером криогенного напорного бассейна является Яно» Индигирский КНБ, приуроченный к одноименной синклиналь­ной зоне. Орографически он представляет собой Яно-Оймякон-ское нагорье, основными дренами которого являются р. Яна_э а на юго-востоке р. Эльга.

VI. 3. КРИОГЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ АРТЕЗИАНСКИХ

И АДАРТЕЗИАНСКИХ БАССЕЙНОВ

Артезианские (АБ) и адартезианские (АдАБ) бассейны—-это гидрогеологические структуры, состоящие из фундамента и перекрывающего его водоносного чехла. В чехле АБ преиму­щественное распространение имеют пластовые грунтовые и ар­тезианские воды: поровые, трещинные, трещинно-поровые, поро-во-трещинные, трещинно-карстовые. Артезианские воды чехла имеют решающую роль в формировании основных особенностей АБ. Грунтовые воды обладают широким распространением, но мощность зоны этих вод невелика .по сравнению с артезиан­скими. Трещинные воды фундамента также играют подчинен­ную роль. Мощность осадочного или вулканогенно-осадочного чехла АБ'изменяется от первых сотен метров до 6—8 км и более. Чехол состоит из переслаивания осадочных или осадочных и вулканогенных пород, в разной степени водопроницаемых. По­роды чехла смяты в пологие складки или залегают субгоризон­тально. В разной степени они нарушены дизъюнктивами. В АдАБ разломы имеют большое развитие и их значение вы­ражается в появлении совершенной гидродинамической связи между артезианскими водами различных горизонтов гидрогео­логического разреза. Чехол АБ может состоять из одного или нескольких гидрогеологических структурных ярусов, различаю­щихся по составу и генезису слагающих их пород и общему тектоническому плану строения. В АБ существует хорошо вы­раженная вертикальная гидрогеологическая зональность: гидро­динамическая, гидрохимическая, газовая, температурная и био­логическая.

Влияние геокриологических условий на артезианские и адартезианские бассейны

Таблица 8

Распространение ММП и их

соотношение с мощностью

зоны пресных вод и чехла АБ

Характер таликов

Основные типы подземных вод

Характер водообмена

Название АБ или АдАБ (примеры), индекс

I. Островные и прерыви­стые ММП мощностью существенно меньше мощности зоны прес­ных вод или чехла

Радиацией но-тепловые и гидрогенные талики всех типов, преимущественно сквозные

Грунтовые воды, прес­ные артезианские подмерз-лотные воды

Интенсивный

АБ (АдАБ) островного и прерывистого промерза­ния (Ангаро-Ленский, Чульманский); АБ-1_О (ост­ровного) и АБ-1_П (преры­вистого промерзания)

II. Сплошные ММП с мощностями меньше мощности чехла и мощ­ности зоны пресных вод

Талики гидрогенные грунтово-фильтрационные, инфильтрационные и на» порно- фильтрационные

Талики гидрогенные грунтово-фильтрационные, \ преимущественно несквоз­ные

Пресные артезианские воды, подмерзл отные и межмерзл отн ые

Пресные артезианские воды, подмерз л отные, час­то с дефицитом напора

Интенсивный затрудненный

Весьма затруднен­ный, локально-ин­тенсивный

АБ (АдАБ) сплошного
промерзания, открытый
(Чарский, Муйский);
АБ-Пот_______________

АБ сплошного промер­зания закрытый (Якут­ский); АБ-Из

III. Сплошные ММП с мощностью меньше мощности чехла, но больше мощности зо­ны пресных вод

Талики гидрогенные и гидрогеогенные напорно-фильтрационные сквозные криогидрогалинные, не­сквозные грунтово-филь­трационные

В чехле артезианские воды; локально межмерз­лотные и внутримерзлот-ные криогалинные, регио-нально-подмерзлотные со­леные воды

Затрудненный; питание отсутствует или идет по окраи­нам бассейнов, вну-триструктурная раз­грузка

Криоартезианский бас­сейн (Оленекский, Тун­гусский, западная часть Якутского); КАБ

JV. Сплошные ММП с

' мощностями больше мощности чехла

Талики гидрогенные и гидрогеогенные напорно-фильтрацйонные, реже ин­фильтрационные сквоз н ые, грунтово-фильтрационные сквозные и несквозные

В фундаменте региональ-но-подмерзлотные трещин­ные, трещинно-карстовые, трещин но-жильные прес­ные и солоноватые воды

Интенсивный (преимущественно область разгрузки), реже затрудненный

Криогенный постарте­зианский бассейн трещин­ных вод (Уяндинский, Се-ленняхекий); ДПАБ

По своему строению АБ разделяются на бассейны плат­форм, краевых прогибов и горных складчатых (орогенных) об­ластей. В пределах последних АБ и АдАБ отличаются большим разнообразием строения, небольшими размерами и часто тес­ной связью с ограничивающими их ГМ. В настоящем разделе будут рассмотрены только наиболее общие для всех групп АБ черты их криогенного преобразования. Особенности, появляю­щиеся при многолетнем промерзании АБ платформы, рассмот­рены в гл. VII, а орогенных областей — в гл. VI.

Криогенное преобразование АБ (АдАБ) начинается с пере­хода в многолетнемерзлое состояние участков, сложенных с поверхности слабофильтрующими суглинистыми отложениями и подстилающих их пород, содержащих грунтовые воды. По­следние приобретают местный криогенный напор. В условиях распространения островных мерзлых толщ основные гидрогео­логические черты АБ (АдАБ) не претерпевают существенных изменений.

В условиях распространения прерывистых мерзлых толщ в многолетнемерзлое состояние переходит часть водоносных песчаных, гравийно-галечных и других отложений, содержащих грунтовые воды, количество которых по мере увеличения сплош­ности мерзлых толщ уменьшается, а сами они локализуются в таликах: дождевально-радиационных, пойменных, подрусло-вых и подозерных. Во внутренней области питания АБ мощ­ности мерзлых толщ невелики (от первых до 100—150 м). В та­лом состоянии остаются участки с наиболее интенсивным по­глощением дождевых и поверхностных вод. Мерзлые толщи наибольшей мощности приурочены преимущественно к поро­дам глинистого состава со слабой проницаемостью.

Влияние многолетнего промерзания на преобразование АБ (АдАБ) становится существенным при сплошном характере распространения мерзлых толщ (табл. 8). При их мощности от первых десятков до 200—300 м резко сокращается распро­странение грунтовых вод на междуречьях и исчезают места пополнения артезианских вод непосредственно за счет атмо­сферных осадков. Грунтовые воды локализуются в гидроген­ных таликах, к которым приурочено также подавляющее число очагов питания и разгрузки артезианских вод (рис. 36,Л). Го­ризонты последних частично промерзают и приобретают допол­нительный криогенный напор.

Дальнейшее увеличение мощности и сплошности мерзлой зоны приводит к тому, что большая часть таликов под малыми

Рис. 36. Преобразование артезианских и адартезианских бассейнов многолет­ним промерзанием: А — артезианский (адартезианский) бассейн сплошного промерзания, открытый; Б — артезианский бассейн плотного промерзания, закрытый; В — криоартезианский бассейн; Г — криогенный постартезиан­ский бассейн трещинных вод. Условные обозначения те же, что на рис. 34

и средними водотоками переходит в категорию несквозных. Появляется изоляция некоторых^ артезианских горизонтов и комплексов вследствие сплошного промерзания областей их питания и разгрузки (рис. 36,5). Напоры меж- и подмерзлот-ных артезианских вод могут измениться вследствие динамики мерзлой толщи (см. П.З, VII.4, 5).

Вопрос о степени криогенного преобразования АБ и АдАБ при промерзании их чехла требует специальных пояснений. Принципиальные подходы к решению этого вопроса были вы­работаны Н. И. Толстихиным, А. И. Ефимовым, О. Н. Толсти-хиным, Н. Н. Романовским и др. В зависимости от мощности чехла бассейна и его гидрогеохимического разреза оценка сте­пени преобразования АБ (АдАБ) многолетним промерзанием производится по-разному.

В артезианских бассейнах с мощным чехлом, в вертикаль­ном разрезе которых существуют три гидрогеохимические зоны (пресных, солоноватых м соленых вод), степень криоген­ного преобразования определяется по соотно­шению мощностей ММП и гидрогеохимической зоны пресных вод. В случае, когда мощность ММП мень­ше мощности зоны пресных вод, основные черты исходного АБ сохраняются. С утилитарных позиций в таких АБ возможна постановка водоснабжения за счет пресных артезианских вод. Если мощность ММП превышает мощность зоны пресных вод, то АБ претерпел более глубокие криогенные изменения. В та­ких АБ полностью отсутствуют в жидкой фазе артезианские воды гидрогеохимической зоны пресных вод. Воды гидрогео­химических зон солоноватых и соленых вод подверглись крио­генной метаморфизации. В мерзлотно-гидрогеологическом раз­резе АБ появляются и существуют линзы меж- и внутримерз-лотных криогидрогалинных вод со специфической динамикой ■налоров, зависящих от динамики мерзлотных условий. Крио-литозона таких АБ в вертикальном разрезе имеет двух- или трехъярусное строение (см. 1.3). В их пределах практически отсутствует пополнение артезианских вод через инфильтрацион-ные талики, и постановка водоснабжения на этих водах невоз­можна. Такие структуры могут быть названы криоартезиански-ми (КАБ) или криоадартезианскими (КАдАБ) бассейнами (рис. 36,5)."

По-иному оценивается криогенное преобразование АБ и АдАБ с относительно маломощным чехлом (не превышающим первых сотен метров) и соизмеримой или превышающей его по мощности гидрогеохимической зоной пресных вод. Оценка степени криогенного преобразования таких А Б и АдАБ производится по соотношению мощ­ностей чехла и мерзлых толщ. В случае, когда мощ­ность чехла больше мощности ММТ, артезианский характер структуры сохраняется. При мощностях ММТ, превышающих

мощность чехла, происходит коренное криогенное преобразова­ние структуры (рис. 36, Г). Высоконапорные подмерзлотные во­ды (трещинные, трещинно-жильные, трещинно-карстовые) со­храняются только в породах фундамента и приобретают ре­шающую роль в гидрогеологическом облике структуры. В чехле подземные воды, приуроченные к подрусловым и пойменным грунтово-фильтрационным, напорно-фильтрационным и инфиль-трационным таликам, распространены локально. Сквозные та­лики всех классов связаны, как правило, с новейшими или омоложенными разрывными нарушениями, прослеживающими­ся как в фундаменте, так и чехле бассейнов. Такие коренным образом преобразованные многолетним промерзанием структу­ры были впервые встречены и изучены Н. Н. Романовским в Верхояно-Колымской горной области. К ним принадлежат структуры наложенных кайнозойских тектонических межгорных впадин Уяндинской и Селенняхской (северной части гигант­ской Момо-Селенняхской впадины, имеющей протяженность около 900 км). Эти ГГС, образовавшиеся благодаря глубокому криогенному преобразованию АБ и АдАБ, были названы крио­генными пост артезианскими бассейнами трещинных вод {КПАБ). Весьма существенно, что при деградации мерзлых толщ (даже частичной) такие структуры вновь превратятся в АБ или АдАБ.

Оценка степени криогенного преобразования по соотноше-бию мощностей чехла и мерзлых толщ применима как к меж­горным АБ и АдАБ, так и к _в периферийным частям АБ плат­форм и межгорных прогибов. Используя этот прием для оценки ресурсов подземных вод Якутского АБ, О. Н. Толстихин провел восточную границу последнего не по контакту пород платфор­менного чехла со сложно дислоцированными породами верхо­янского комплекса, слагающего КГМ Верхоянских гор (как это делалось на всех гидрогеологических картах), а по линии рав­ных мощностей пород чехла и мерзлых толщ. Тем самым из контуров АБ была исключена та его часть, где породы чехла не содержат артезианских вод, а воды, как и в КГМ Верхоянья, приурочены только к сильно дислоцированным толщам, имеют трещинный характер и высокие напоры.

В КПАБ, входящих в регионы с контрастными новейшими движениями и обладающих интенсивным водообменом, ниже мерзлых толщ обычно существуют пресные подземные воды. В бассейнах, не подверженных активным новейшим движениям, с малым количеством сквозных таликов, подмерзлотные воды часто солоноватые и даже слабосоленые. Повышенная минера­лизация этих вод является следствием их криогенного мета­морфизма и дальнейшего существования в условиях затруднен­ного водообмена.

Поиск по сайту: