История изучения надмерзлотно – межмерзлотных подземных вод таликов бестяхской террасы

Первым о существовании подземных вод на бестяхской террасе р. Лены упомянул Г.Н. Огнев в своей работе «Геологические наблюдения на Лено-Амгинском водоразделе» (1927), в которой он описал источник подземных вод Булуус. В этой же работе Л.В. Бианки и А.И. Ивановым указывается о водопроявлениях в районе ручья Улахан-Тарын и наличии свежих «провалов» на расстоянии 1 км от источника вглубь водораздела.

Впервые детальные гидрогеологические исследования источников подземных вод Булуус и Улахан-Тарын были проведены в 1939 г. В.М. Максимовым и Н.И. Толстихиным при производстве гидрогеологической съемки этих участков (Максимов, 1941; Максимов, Толстихин, 1940). В их работе приводятся описание источников, сведения о химическом составе разгружающихся подземных вод и результаты глазомерной съемки долины ручья Улахан-Тарын. Н.И. Толстихин указывал на наличие труб межмерзлотных вод в льдистых породах в области их разгрузки. В это время были впервые опробованы источники подземных вод. Полученные результаты дали довольно полное представление о химическом составе воды источников. Исследования показали, что разгружающиеся в основании бестяхской террасы подземные воды имеют гидрокарбонатный кальциево-магниевый состав и низкую минерализацию (0,15-0,20 г/л).

Весной 1949 г. А.И. Ефимовым были проведены мерзлотно-гидрогеологические работы на источнике Улахан–Тарын с применением буровых работ, а также рекогносцировочные исследование источников Булуус и Суларский. Впервые им была дана оценка мощности мерзлоты на исследуемой территории и динамики деятельного слоя, обращено внимание на наличие высокотемпературных мерзлых пород и небольшую влажность грунтов слоя годовых теплооборотов. А.И. Ефимов в своей работе (1952) привел также описание наледи источника Улахан-Тарын и обратил внимание на отложения солей на наледном льде. Обобщив результаты десятилетнего цикла наблюдений, он пришел к выводу о стабильности химического состава разгружающихся подземных вод. Тем не менее, им были отмечены некоторые отличия в химическом составе подземных вод источника Улахан – Тарын на разных участках разгрузки и близкое их сходство по составу с поверхностными водами. Это позволило ему сделать предположение об участии в питании водоносных таликов подземных вод надмерзлотного стока.

Позднее на основе более детальных гидрогеохимических исследований проведенных в комплексе с буровыми работами (1958-1964 гг.), этот вывод был подтвержден (Анисимова, 1971). Данные бурения Н.П. Анисимовой свидетельствуют о наличии таликовых зон на бестяхской террасе в области питания источника Улахан-Тарын (Анисимова, 1969).

В 1964-1967 гг. в районе руч. Улахан-Тарын действовал научный стационар Института мерзлотоведения СО АН СССР, на котором проводилось изучение режима источников подземных вод и формируемых ими наледей, влияния наледеобразующих вод на мерзлотные и микроклиматические условия территории. В.В. Шепелевым впервые описан механизм термосуффозионных процессов, сопутствующих разгрузке подземных вод (Шепелев, 1972). Подобные режимные мерзлотно-гидрогеологические исследования проводились и в районе источников Ерюю и Булуус (Шепелев и др., 1968). Изучались также особенности формирования химического состава наледного льда при послойном его намораживании и перераспредение солей в теле наледи (Анисимова, 1967, 1969; Чистотинова, Толстихин, 1969).

При проведении геотермических и геофизический работ на бестяхской террасе р. Лены в 1969 г., Ф.Э. Арэ было высказано предположение о своеобразных условиях на поверхности бестяхской террасы, которые являются причиной высокой температуры мерзлых пород и малой их мощности.

В конце 60-х – начале 70-х г. г. силами ЯЦГСЭ и Института мерзлотоведения СО АН СССР в пределах изученной территории была выполнена комплексная геолого-гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка масштаба 1:500 000, в процессе которой изучались мерзлотные условия территории (мощность многолетнемерзлых пород, глубина сезонного протаивания, температура многолетнемерзлых пород) и составлен комплект карт в масштабе съемки. Распространение таликов по площади отражено на составленных картах.

В 1971 г. Н.П. Анисимовой была опубликована монография «Формирование химического состава подземных вод таликов на примере Центральной Якутии» (Анисимова, 1971), в которой проанализировано значение различных факторов в формировании и изменении химического состава воды таликов – этом своеобразном и широко распространенном типе подземных вод в условиях криолитозоны. В работе уделено большое внимание процессам промерзания, которые приводят к метаморфизации химического состава подземных вод, а также широко освещены особенности миграции химических элементов в подземных водах и льдах под действием градиентов концентрации и температуры.

Период с 1972 по 1977 гг. характеризуется началом новых масштабных исследований источников подземных вод бестяхской террасы, в рамках которых проводилось изучение особенностей динамики наледей и специальные детальные гидрохимические исследования участков разгрузки подземных вод (Пигузова и др., 1977; Шепелев, Ломовцева, 1981 и д.р.). В этот период был организован стационар на источнике Ерюю. Была пробурена сеть геотермических скважин на этом участке, причем некоторые из них сохранились до настоящего времени. Бурением было подтверждено участие в питании источника межмерзлотных вод. Широкий комплекс проведенных работ позволил выяснить своеобразие гидрохимического режима родниковых вод и питающих их озер, дать количественную оценку их подземному химическому стоку (Пигузова, Жигалова, 1978).

Наиболее значительной работой по изучению особенностей влияния процессов криогенеза на формирование химического состава подземных вод и льдов является монография Н. П. Анисимовой (1981). На основе многолетних экспедиционных и экспериментальных работ автором были выявлены конкретные криогидрогеохимические критерии, используя которые можно судить о мерзлотно-гидрогеологических условиях отдельных районов криолитозоны, об интенсивности промерзания талых или протаивания мерзлых горных пород, а также о степени нарушения гидрогеохимической обстановки при хозяйственном освоении северных территорий.

С началом изысканий под строительство Амуро-Якутской железнодорожной магистрали открылся новый этап в изучении надмерзлотно-межмерзлотных вод, а также геотермических условий на бестяхской террасе р. Лены. Были начаты режимные мерзлотно-гидрогеологические исследования, включающие в себя наблюдения за химическим составом, уровенным режимом подземных вод, температурным режимом мерзлых пород и деятельного слоя, обнаружены таликовые окна, не связанные с подозерными таликами в бассейне ручья Улахан-Тарын и определен химический состав подземных вод в них (Бойцов, 1996; 2002 и др.). Также впервые рассмотрено влияние строительства федеральной автотрассы на мерзлотно-гидрогеологический режим пород бестяхской террасы р. Лены.

В 1985 г. при проведении комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1:200 000 территории строительства железной дороги В.А. Белых, Е.М. Дмитриевым, А.И. Довгополиком и др. на бестяхской террасы были пробурены глубокие гидрогеологические скважины, которые вскрыли подмерзлотные воды, что позволило оценить их качество и мощность многолетнемерзлых пород на этом участке. В результате этих работ была оконтурена Приленская зона подземных минеральных сульфидных вод (Белых и др., 1985).

В 2002-2006 гг. сотрудниками ГУП РС(Я) «Якутская поисково-съёмочная экспедиция» Госкомгеологии РС(Я) в рамках работ по изучению региональных гидрогеологических условий Заречной группы улусов для целей оценки прогнозных ресурсов подземных вод и обоснования возможности их использования для водоснабжения населённых пунктов были проведены гидрогеологические исследования с бурением глубоких (100 м) скважин. По результатам этих работ составлен комплект карт масштаба 1:200 000, в том числе гидрогеологической (Писаренко и др., 2006).

В последнее время на бестяхской террасе р. Лены лабораторией подземных вод криолитозоны ИМЗ СО РАН продолжаются ежегодные комплексные наблюдения за температурным, гидрогеохимическим и уровенным режимом источников подземных надмерзлотно-межмерзлотных вод и вод, участвующих в их питании (рис. 2.1.). Освоение данной территории, в частности, строительство железнодорожной линии Томмот-Якутск, требует продолжения наблюдений за качеством этих уникальных подземных вод, что важно для своевременного принятия мероприятий по охране их от загрязнения.

Анализ фондовых материалов, опубликованной литературы позволяет, а также результаты комплексных многолетних гидрорежимных и региональных мерзлотно-гидрогеологических исследований позволяют выявить специфические особенности формирования и развития над- и межмерзлотных вод зоны свободного водообмена на Бестяхской террасе р. Лены.

Условные обозначения: 1- источники подземных вод нисходящего (а) и восходящего (б) типов; 2- участки детальных исследований (режимные скважины, гидростворы); 3- федеральная автотрасса

Рис. 2.1. Схема распространения постоянно действующих источников подземных вод на бестяхской террасе реки Лены

На основе анализа имеющихся материалов можно сделать следующие выводы:

1. В суровых климатических условиях Центральной Якутии существуют надмерзлотные и межмерзлотные водоносные субаэральные талики, формирование которых не связано с отепляющим воздействием поверхностных вод. Они распространены на средневысотных террасах рек Лены и водораздельных слабозалесенных участках расчлененного рельефа, сложенных с поверхности однородными песками, в гранулометрическом составе которых преобладают мелкие и средние фракции диаметром близким 0,25 мм (Бойцов, 2002).

2. Существование источников подземных вод определяется наличием талых зон в массиве мерзлых пород, которые служат путями транзита для подземных вод от областей питания к местам разгрузки. По условиям питания талики относятся к надмерзлотным, а по условиям транзита подземных вод к местам разгрузки являются межмерзлотными, поэтому источники подземных вод принято называть надмерзлотно – межмерзлотными (Ефимов, 1952).

3. Радиационно-тепловые талики возникают в субаэральных условиях под действием комплекса факторов. В формировании надмерзлотных таликов важнейшую роль играют условия накопления и перераспределения снежного покрова, водопроницаемость отложений, обусловливающая инфильтрацию осадков и конденсацию водяных паров воздуха, режим влажности пород, расчлененность рельефа, при которой существует сток подземных вод и др. (Бойцов, 2002; Шепелев 1980; Скрябин и др., 1998; и др.).

4. Пески, являющиеся коллекторами подземных вод обладают специфическим режимом влажности: летом их влажность выше, чем льдистость зимой. Эта особенность динамики увлажнения деятельного слоя приводит к повышению теплопроводности талых грунтов относительно мерзлых и считается одной из причин формирования таликов (Бойцов, 2002).

5. Пополнение ресурсов водоносных надмерзлотных горизонтов происходит в значительной степени за счет талых снеговых вод, которые проникают в мерзлый пористый песок до глубины 1,5–2,0 м. Мерзлый грунт не препятствует инфильтрации влаги, а в некоторой степени способствует ей. На слабо увлажненных пологих песчаных склонах основной расходной составляющей водного баланса является подземный сток, величина которого может превышать 80 мм/год (Бойцов, 2002).

6. Большинство крупных выходов источников подземных вод сосредоточено в южной части территории, где наблюдается неглубокое залегание карбонатных кембрийских пород.

7. Подземные воды межмерзлотных таликов обладают устойчивым гидравлическим режимом. Многолетняя изменчивость дебита источников этих вод не выходит за пределы 25% от средних значений и коррелируется с суммой выпадающих атмосферных осадков. Наиболее стабилен дебит источника Булуус, что связано с наличием в литологическом разрезе области его питания водоудерживающих супесчаных и суглинистых отложений. Возобновляемые ресурсы водоносного горизонта бестяхской террасы оцениваются в 50 тыс.м³/сут, при этом на долю источников Булуус и Улахан-Тарын приходится 50–60% подземного стока.

Результаты гидрорежимных наблюдений и региональных полевых исследований, проведенные Институтом мерзлотоведения СО РАН, однозначно свидетельствуют о различии условий питания таликовых вод в южной части территории, к которой приурочены источник Булуус и менее известные родники в бассейне р. Менды, и в северной части, где сосредоточены такие источники подземных вод как Улахан-Тарын, Джоллох, Мустах-Тарын, Ерюю и др. Хотя протяженность всей зоны разгрузки с юга на север не превышает 60 км, мерзлотно-гидрогеологическое строение отдельных участков формирования ресурсов подземных вод в этой зоне имеет свои особенности.

В частности установлены следующие отличия:

1. На юге территории (водосбор источника Булуус) выходят на поверхность или залегают на небольшой глубине карбонатные карстующиеся породы, которые севернее долин руч. Улахан-Тарын погружаются значительно ниже глубины вреза рек и ручьев;

2. В северном направлении менялись фациальные условия накопления аллювия рассматриваемых надпойменных террас и перекрывающих покровных отложений;

3. В бассейнах рек Лютенги и Менды, где существуют обширные зоны надмерзлотных субаэральных таликов, в толще песков присутствует 10-15-ти метровая пачка иловатых супесчано-суглинистых отложений (тюнгюлюнская терраса) с низкими фильтрационными свойствами;

4. В северной части территории озерность на порядок выше (участки расположения источников Улахан-Тарын, Ерюю и др.), чем в южной. Причем озера, как правило, бессточные, а в южной – водовыводящие. Необходимо также отметить, что источник Улахан-Тарын находится в долине одноименного ручья длиной более 25 км, на водосборной площади которого мерзлотно-гидрогеологические условия существенно меняются. Если в верхней части бассейна этого ручья водоносный межмерзлотный горизонт получает инфильтрационное питание за счет крупных водоносных подозерных таликов, то в нижней части бассейна, где существует разгрузка подземных вод, связь этого горизонта с поверхностными водами и водами сезонноталого слоя осуществляется через многочисленные суффозионные воронки. В долине ручья Улахан-Тарын формирование поверхностного стока даже в осеннюю межень на 10-20% , а в полноводные годы – до 50%, происходит за счет атмосферных осадков и надмерзлотных вод сезонно – талого слоя, что затрудняет корреляцию данных при проведении гидрометрических работ (по оконтуривающему створу). В ручьях формируемых источниками Ерюю и Булуус, доля подземного стока межмерзлотного горизонта составляет 93-97% от общего (Бойцов, 2002).

Таким образом, при внешне одинаковых природных условиях средневысотных надпойменных террас р. Лена существуют современные и реликтовые над- и межмерзлотные водоносные горизонты, питание которых определяется различными факторами. Роль атмосферных осадков летнего сезона в питании подземных вод наиболее значима на участках развития субаэральных таликов, а запасы воды в снежном покрове определяют водообильность озер и ресурсы связанных с ними межмерзлотных горизонтов. Восполнение ресурсов и скорость движения подземных вод определяются емкостными и фильтрационными свойствами горных пород. Так, супесчано-суглинистая пачка в толще песков зоны аэрации в области инфильтрационного питания источника Булуус обусловливает равномерное и длительное во времени расходование водных ресурсов, а наличие трещиноватой закарстованной зоны карбонатных пород на подошве водоносного горизонта – быстрый сток воды (Бойцов, 2002).

В условиях однородной песчаной толщи бестяхской террасы интенсивность питания межмерзлотных горизонтов зависит, в первую очередь, от суммарной площади подозерных таликов, которая инерционно уменьшается в засушливые и увеличивается во влажные климатические периоды, что обусловливает замедленную реакцию водоносных таликов на изменение климата. К этому следует отнести и изменение поперечных размеров водоносных трактов на участках транзита подземных вод, которые имеют максимальное сечение после прохождения больших объемов относительно теплых вод очагов питания.

В процессе гидрорежимных исследований, с первых лет наблюдений на источниках, особое внимание уделялось изучению химического состава природных вод: поверхностных, подземных и сосредоточенных в наледях. Все надмерзлотные и межмерзлотные воды исследуемой территории по химическому составу относятся к гидрокарбонатному классу. Среди катионов преобладает кальций, далее идет магний. Величина минерализации (по сумме ионов) составляет 0,2-0,3 г/л. Исключением является источник Ерюю, который выводит на поверхность гидрокарбонатно – натриевые воды с концентрацией ионов 0,20-0,45 г/л. Содержание катиона Са²⁺ в межмерзлотных водоносных горизонтах и надмерзлотных таликах глубокого протаивания увеличивается в бассейнах рек Менды и Лютенги, где на поверхность выходят карбонатные кембрийские отложения. Надмерзлотные воды небольших таликов, вскрытые мелкими скважинами, имеют более разнообразный катионный состав и пониженную минерализацию.

Поиск по сайту: